机械加工 新技术
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50~500
1 000~8 000
超高速范围/(m/min)
>2 000 >7 000 >5 000 >3 000 >1 000 >500
>8 000
3
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
表2-2 不同加工方法的高速切削速度范围
加工方法
高速范围/(m/min)
车削
7来自百度文库0~7 000
铣削
范围，主轴的额定功率和最大扭矩，主轴前轴颈的直径和前 后轴承间的跨距等。
（a）电动机置于两轴承间 （b）电动机置于后轴承之后
图2-4 GD-2型电主轴单元
16
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
（2）电主轴的结构布局 ① 电动机置于主轴前后两轴承之间，结构如图2-4（a）
为切削加工的主流技术
7
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
表2-3 近年来各国生产的高速加工中心和NC机床
制造厂商 （国别）
Cincinnati-Mil acron (美)
机床名称型号 HPMC加工中心
主轴最高 转速
/(r/min)
20 000
最大进给 速度
/(m/min)
30
主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
13
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.3 独特的主轴结构单元
14
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
图2-3 高速电主轴单元的组成
15
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
（1）电主轴的基本参数 电主轴的主要参数包括：主轴的最高转速和恒功率转速
VZ40 加工中心
新泻铁工 （日）
UHS10 数控铣床
Forest-Linel （法）
数控镗铣床
Westwind （瑞士）
加工中心
主轴最高 转速
/(r/min) 20 000
25 000
30 000
40 000
50 000
100 000
30 000
55 000
最大进给 速度
/(m/min) 25
15
/kW
11 陶瓷轴承
Mikron （美）
HSM700型 立式加工中心
42 000
40
14
Ingersoll （美）
HVM800型 卧式加工中心
20 000
76.2
EX-cell-O （德）
数控内圆磨床 45 000
—
Huller-Hille （德）
加工中心
60 000
10
EX-cell-O （德）
XHC241 卧式加工中心
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.1 概述
1
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
高速切削加工（High-Speed Machining或HSM）理论是
1931年4月由德国的Carl Salomon博士首先提出的，他认为：
在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而
11
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.2 实施高速与超高速切削 的关键技术
12
2.2 实施高速与超高速切削的关键技术
关键技术
高速与超高速切削对机床结构的要求是最基本的关键技 术。一般认为，机床结构的关键技术包括：
① 独特的主轴结构单元； ② 高速直线驱动进给单元（系统）； ③ 高速与超高速切削刀具技术及其系统； ④ 高性能的数控和伺服驱动系统； ⑤ 高效的冷却系统； ⑥ 可靠的安全装置与实时监控系统； ⑦ 方便可靠的换刀装置； ⑧ 高阻尼和高刚度的机床床体结构； ⑨ 良好的动态特性和热特性。
25
50
20
15
20
20
主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
/kW
20.8 陶瓷轴承
18.5 陶瓷轴承
15 陶瓷轴承
22 陶瓷轴承
18.5 陶瓷轴承
22 陶瓷轴承
磁悬浮轴
25
承
9.1 空气轴承9
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
制造厂商 （国别）
机床名称型号
主轴最高 转速
/(r/min)
沈阳机床公 司
XK714（立）
10 000
最大进给 速度
/(m/min) 60（1g）
40
主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
/kW
10
2.1.4高速与超高速切削对机床的新要求
新要求
（1）主轴要有高转速、大功率和大扭矩 （2）进给速度也要相应提高，以保证刀具每齿进给量基本 不变 （3）进给系统要有很大的加速度 因此，有人称高速与超高速机床是21世纪的新机床，其主 要特征是实现机床主轴和进给的直接驱动，是机电一体化的新 产品。
6
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
➢ 20世纪30年代：德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念 ➢ 50年代：机理与可行性研究 ➢ 70年代：工艺技术研究 ➢ 80年代：全面系统的高速切削技术研究 ➢ 90年代初：高速切削技术开始进入实用化 ➢ 90年代后期：商品化高速切削机床大量涌现 ➢ 21世纪初：高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，成
24 000
120
45
35
磁悬浮轴 承
磁悬浮轴
12
承
40
8
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
制造厂商 （国别）
机床名称型号
Kitamura（日）
Sonicmill-7加工 中心
马扎克 （日）
Super-400H型加 工中心
松浦（日）
FX-5 加工中心
牧野（日）
新泻铁工 （日）
A55-A128 加工中心
提高。
A
不能切削的区域 B 高速切削区域 C
现在的切 削区域
切削温度
O 切削速度
图2-1 高速切削区域
2
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
表2-1 不同材料的高速切削速度范围
工件材料
钢 Al合金 黄铜、青铜 铸铁 Ti合金 Ni基合金
纤维强化塑料
高速范围/(m/min)
500~2 000 1 000~7 000 900~5 000 800~3 000 100~1 000
HS-60（卧）
18 000
北京机床研 究所
KT1300VB （立）
12 000
沈阳与意大
利
D165C1（仿） 40 000
FIDIA公司
北京一机床 厂
XKSA5040（立）
15 000
北京三机床 厂
ZK7640（立）
15 000
桂林机床公 XK5020（立）
司
XK5030（立）
12 000
南通机床公 司
300~6 000
钻削
200~1 100
拉削
30~75
铰削
20~500
4
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削技术
图2-2 高速切削技术
5
2.1.2高速与超高速切削的特点
高速切削的特点
（1）可提高生产效率 （2）可获得较高的加工精度 （3）能获得较好的表面完整性 （4）加工能耗低，节省制造资源
1 000~8 000
超高速范围/(m/min)
>2 000 >7 000 >5 000 >3 000 >1 000 >500
>8 000
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2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
表2-2 不同加工方法的高速切削速度范围
加工方法
高速范围/(m/min)
车削
7来自百度文库0~7 000
铣削
范围，主轴的额定功率和最大扭矩，主轴前轴颈的直径和前 后轴承间的跨距等。
（a）电动机置于两轴承间 （b）电动机置于后轴承之后
图2-4 GD-2型电主轴单元
16
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
（2）电主轴的结构布局 ① 电动机置于主轴前后两轴承之间，结构如图2-4（a）
为切削加工的主流技术
7
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
表2-3 近年来各国生产的高速加工中心和NC机床
制造厂商 （国别）
Cincinnati-Mil acron (美)
机床名称型号 HPMC加工中心
主轴最高 转速
/(r/min)
20 000
最大进给 速度
/(m/min)
30
主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
13
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.3 独特的主轴结构单元
14
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
图2-3 高速电主轴单元的组成
15
2.3.1 电主轴单元的分类
内装式交流变频电动机电主轴单元
（1）电主轴的基本参数 电主轴的主要参数包括：主轴的最高转速和恒功率转速
VZ40 加工中心
新泻铁工 （日）
UHS10 数控铣床
Forest-Linel （法）
数控镗铣床
Westwind （瑞士）
加工中心
主轴最高 转速
/(r/min) 20 000
25 000
30 000
40 000
50 000
100 000
30 000
55 000
最大进给 速度
/(m/min) 25
15
/kW
11 陶瓷轴承
Mikron （美）
HSM700型 立式加工中心
42 000
40
14
Ingersoll （美）
HVM800型 卧式加工中心
20 000
76.2
EX-cell-O （德）
数控内圆磨床 45 000
—
Huller-Hille （德）
加工中心
60 000
10
EX-cell-O （德）
XHC241 卧式加工中心
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.1 概述
1
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
高速切削加工（High-Speed Machining或HSM）理论是
1931年4月由德国的Carl Salomon博士首先提出的，他认为：
在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而
11
现代机械加工新技术
第2章高速与超高速切削技术
2.2 实施高速与超高速切削 的关键技术
12
2.2 实施高速与超高速切削的关键技术
关键技术
高速与超高速切削对机床结构的要求是最基本的关键技 术。一般认为，机床结构的关键技术包括：
① 独特的主轴结构单元； ② 高速直线驱动进给单元（系统）； ③ 高速与超高速切削刀具技术及其系统； ④ 高性能的数控和伺服驱动系统； ⑤ 高效的冷却系统； ⑥ 可靠的安全装置与实时监控系统； ⑦ 方便可靠的换刀装置； ⑧ 高阻尼和高刚度的机床床体结构； ⑨ 良好的动态特性和热特性。
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主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
/kW
20.8 陶瓷轴承
18.5 陶瓷轴承
15 陶瓷轴承
22 陶瓷轴承
18.5 陶瓷轴承
22 陶瓷轴承
磁悬浮轴
25
承
9.1 空气轴承9
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
制造厂商 （国别）
机床名称型号
主轴最高 转速
/(r/min)
沈阳机床公 司
XK714（立）
10 000
最大进给 速度
/(m/min) 60（1g）
40
主轴驱动 功率
主轴轴承 类型
/kW
10
2.1.4高速与超高速切削对机床的新要求
新要求
（1）主轴要有高转速、大功率和大扭矩 （2）进给速度也要相应提高，以保证刀具每齿进给量基本 不变 （3）进给系统要有很大的加速度 因此，有人称高速与超高速机床是21世纪的新机床，其主 要特征是实现机床主轴和进给的直接驱动，是机电一体化的新 产品。
6
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
➢ 20世纪30年代：德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念 ➢ 50年代：机理与可行性研究 ➢ 70年代：工艺技术研究 ➢ 80年代：全面系统的高速切削技术研究 ➢ 90年代初：高速切削技术开始进入实用化 ➢ 90年代后期：商品化高速切削机床大量涌现 ➢ 21世纪初：高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，成
24 000
120
45
35
磁悬浮轴 承
磁悬浮轴
12
承
40
8
2.1.3高速与超高速切削的研究发展现状
制造厂商 （国别）
机床名称型号
Kitamura（日）
Sonicmill-7加工 中心
马扎克 （日）
Super-400H型加 工中心
松浦（日）
FX-5 加工中心
牧野（日）
新泻铁工 （日）
A55-A128 加工中心
提高。
A
不能切削的区域 B 高速切削区域 C
现在的切 削区域
切削温度
O 切削速度
图2-1 高速切削区域
2
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削概述
表2-1 不同材料的高速切削速度范围
工件材料
钢 Al合金 黄铜、青铜 铸铁 Ti合金 Ni基合金
纤维强化塑料
高速范围/(m/min)
500~2 000 1 000~7 000 900~5 000 800~3 000 100~1 000
HS-60（卧）
18 000
北京机床研 究所
KT1300VB （立）
12 000
沈阳与意大
利
D165C1（仿） 40 000
FIDIA公司
北京一机床 厂
XKSA5040（立）
15 000
北京三机床 厂
ZK7640（立）
15 000
桂林机床公 XK5020（立）
司
XK5030（立）
12 000
南通机床公 司
300~6 000
钻削
200~1 100
拉削
30~75
铰削
20~500
4
2.1.1高速切削的概念与高速切削技术
高速切削技术
图2-2 高速切削技术
5
2.1.2高速与超高速切削的特点
高速切削的特点
（1）可提高生产效率 （2）可获得较高的加工精度 （3）能获得较好的表面完整性 （4）加工能耗低，节省制造资源