高速加工技术概述
第1章 高速加工概述
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第1章绪论（高速加工概述）1.1 高速加工的定义1.2 高速加工的特点1.3 高速加工的应用1.4 高速加工的关键技术-----------------------------------------------------------------------------------------1.1 高速加工的定义1.1.1 高速加工的提出和发展高速加工技术是近十几年才迅速发展的一项先进制造技术，但它的理论研究可追溯到20世纪20年代末。
德国切削物理学家皮尔。
萨洛蒙(Dr.Carlsalomon)博士于1929年进行了超高速切削实验，获得一些实验曲线，现在常被称为“salomon 曲线”(如图1-4)。
1931年4月发表了著名的超高速切削理论。
Saiomon 指出:在常规的切削速度范围内(见图1-5中A区)，切削温度随着切削速度的增大而提高，但当切削速度增大到某一数值Vs以后，切削速度再增大，切削温度反而降低(如图1-5)，且该切削速度值Vs与工件材料的种类有关。
对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内(见图1-5中B区)，由于切削温度太高，刀具材料无法承受，切削加工就不可能进行，这个范围常被称为“死谷(Deadvalley)”。
Salomon是用圆锯片来做实验研究的，这主要是因为当时还没有高速旋转的电机，因而只能通过加大圆锯片的直径来得到较高的切削速度图1-4 Salomon曲线图1-5 Salomon曲线示意图虽然由于实验条件的限制，当时无法付诸实践，但这个思想激起了人们研究高速切削的热情，推动了高速切削的研究；他给后来的研究者一个非常重要的启示，即如果能越过这个“死谷”.而在高速区(见图1-5中C区)工作，那么就有可能用现有的刀具进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同，从而大幅度地减少切削工时，大大提高机床的生产效率，而且还将给切削带来一系列的优良特性。
高速加工
v = 800m/mim vz = 0.08mm/齿 a p= 0.5mm
v = 2900m/mim vz = 0.018mm/齿 a p= 0.5mm
v = 590m/mim f = 0.2mm/r a p= 10mm
v = 132m/mim vf = 380mm/min
v = 350m/mim f = 0.05mm/r a p= 0.25mm, 干切
学科前沿讲座之五
高速加工技术
High Speed Machining Technology
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内容提要
高速加工概述 高速加工应用 高速加工刀具技术 高速加工机床技术 高速加工路径规划 高速磨削技术
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1. 高速加工概述
高速加工概念
➢ 尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料 的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高 材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。 ➢ 以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和 进给速度为普通切削的5～10倍。 ➢ 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min。 ➢ 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同：
➢ Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣， 并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念
➢ 1960年前后美国空军和Lockheed飞机公司研究了用于轻 合金材料的超高速铣削（切削速度达1500~4500m/min） ➢ 德国，全面而系统研究超高速切削机床、刀具、控制系 统以及相关工艺技术，并广泛应用，获得好的经济效益
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2. 高速加工应用
表2 PCD刀具切削铝、铜合金实例
加工对象 加工方式
工艺参数
刀具参数
加工效果
车辆汽缸体 AiSi17Cu4Mg
_超高速加工技术
2、超高速主轴系统动态特性及热态特性研究：动刚度、固有 频率等参数的影响。 3、超高速主轴系统的润滑和冷却技术研究：润滑充分问题、 冷却效果问题。 4、超高速主轴系统多目标优化设计、虚拟设计技术研究。
第四节 超高速加工进给单元制造技术
超高速加工进给单元是超高速加工机床的重要组成部分。 一、超高速加工进给单元的基本要求： 1、要求具有大的加、减速度：在瞬时达到高速，瞬时准停。 2、要求具有搞的定位精度：能精确控制零件的尺寸精度。 二、超高速加工进给单元的关键技术： 1、高速位置环芯片研制；
4、超高速加工中工件状态的测试技术； 5、超高速加工中自适应控制技术； 6、超高速加工中智能控制技术。
第五节 超高Βιβλιοθήκη 加工测试技术从某种意义上讲，超高速加工测试技术是超高速加工得到应 用的技术关键。 一、超高速加工测试技术的概念： 主要是指在超高速加工过程中，通过传感、分析、信号处理 等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线监测和控制的监测 技术。 监测主要基于对切削力、声发射、切削功率和温度等信息参 数检测，来监测加工状态。 二、超高速加工测试的关键技术： 1、基于监控参数的在线检测技术； 2、超高速加工的多传感器融合检测技术； 3、超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术；
3、超高速进给单元制造技术； 4、超高速加工用刀具和磨具材料； 5、超高速机床支承； 6、超高速加工测试技术。
二、超高速切削机理： 1、萨洛蒙超高速切削理论： 三个切削速度区： ⑴ 常规的切削速度区：现行的切削加工速度范围； ⑵ 不能切削区：此区切削速度下，切削温度过高，刀具不能 承受； ⑶ 高速切削区：当切削速度达到某一数值后，切削温度不再 升高，反而随切削速度继续增加，切削温度呈下降趋势，切削 温度降到刀具能承受的切削速度时，即为高速切削的最低速度。 试验表明，萨洛蒙超高速切削理论并不适用于所有的加工 材料，有些材料在超高速切削时不存在不能切削区。 2、超高速磨削最大切屑厚度hmax理论： 在保持其它参数不变，仅增大磨削速度情况下， hmax会减 小，每个磨削刃上的作用切削力也会减小。
高速加工介绍
高速加工一、高速加工概述新一代的机床性能大大改进，主轴转速可以轻松达到20 000r/min以上，进给速度可以达到30 000mm/min，大大提高了加工效率以及设备的利用率，这更需要使用者研究规划工艺、优化程序、选择合适的刀具。
高速加工的概念是伴随着机床设备的发展不断更新的。
一般采用高的主轴转速、高的进给速度、较小的背吃刀量，其切削速度伴随刀具材料的超硬耐磨性的发展而不断提高。
通过了解高速加工的特点，虽然不一定能达到高速加工的要求，但在实际生产中采用高速加工的概念指导加工，还是可以取得一定效果的。
二、高速加工工艺1.高速加工程序特点：（1）全程无空刀路、无抬刀，都是在有效切削零件。
（2）所有刀路流畅，都是圆滑过渡，无拐点。
（3）刀路步距均匀、梳密一致，效率高。
（4）路径最短。
这符合优质刀路的特点，因此该加工程序很好。
2.发动机缸体高速铣削工艺发动机缸体高速铣削工艺的要求。
除了发动机缸体高速铣削工艺对精度、计算稳度的要求极高之外，其在使用中还有一些特殊的要求，主要集中在以下几点：首先发动机缸体高速铣削工艺在使用中不能和任何工装及工件发生碰撞；其次加工刀具在轨迹上必须保障绝对的平滑，以及十分均匀的切削深度；最后在发动机缸体高速铣削工艺使用中，其导致的设备振动必须控制在一定范围内。
3.发动机缸体高速镗孔工艺发动机缸体高速调头镗孔工艺的优势。
高速调头镗孔工艺的优势主要几种在三个方面，其一为在镗孔中镗杆较短，因此在切削速度上有所提升；其二为因为镗轴伸长较短，因此在精度方面更有保障；其三为切削设备占用空间较小，因此工作人员的工作活动空间更大，工作更为直观、安全。
三、高速加工刀具1.刀具的要求：高硬度、高耐磨、高强度和韧性、高耐热性、良好的工艺性。
（1）硬质合金涂层刀具最常用（2）TiC（TiN）基硬质合金金属陶瓷（3）陶瓷刀具耐热耐磨但强度韧性差（4）立方氮化硼刀具CBN 一般用来精加工高硬度淬火钢、高温合金、工具钢、高速钢，耐热耐磨但脆性大、韧性差（5）聚晶金刚石刀具PCD 不宜加工铁及其合金高速加工刀具刀柄：采用1：10 短锥柄代替传统的7：24 长锥柄成为发展趋势。
《高速切削加工》课件
03 高速切削加工的关键技术
高速切削加工的刀具技术
刀具材料
01
高速切削加工需要使用高硬度、高耐磨性的刀具材料，如硬质
合金、陶瓷和金刚石等。
刀具涂层技术
02
涂层技术能够提高刀具表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系数，
提高切削效率。
刀具几何形状
03
高速切削加工需要采用特殊的刀具几何形状，如小前角、大后
角和短刀刃等，以减小切削力、切削热和刀具磨损。
在高速切削加工中，降低能耗、减少废弃 物排放和提高资源利用效率成为重要的发 展趋势，符合可持续发展的要求。
高速切削加工面临的挑战与对策
高温与热变形
高速切削加工过程中产生的高温可能导致 刀具磨损、工件热变形等问题，需采用新 型刀具材料、强化冷却技术等手段解决。
振动与稳定性
高速切削加工过程中的振动可能影响加工 精度和表面质量，应优化机床结构、提高 刚性和阻尼性能。
模具型腔加工
高速切削加工技术在模具制造业 中广泛应用于模具型腔的加工， 如注塑模、压铸模等，能够快速 准确地完成复杂型面的加工。
模具钢材料加工
高速切削加工技术能够高效地加 工各种模具钢材料，如H13、 SKD61等，提高加工效率，减少 热量的产生和材料的变形。
高速切削加工在航空航天制造业的应用
航空发动机制造
高速切削加工的工艺参数
1 2 3
切削速度
提高切削速度可以提高加工效率，但同时也需要 选择合适的刀具和材料，以避免刀具磨损和工件 热变形。
进给速度
进给速度的提高可以增加材料去除率，但过高的 进给速度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降 。
切削深度
适当的切削深度可以提高加工效率，但过大的切 削深度可能导致刀具磨损和工件表面质量下降。
探析数控高速加工技术综述
探析数控高速加工技术综述数控高速加工技术是一种高效的加工方法，在制造业中得到了广泛应用。
其主要优点是可以提高加工精度和效率，降低加工成本。
本文将探析数控高速加工技术的相关概念、应用、发展以及存在的问题。
一、概述数控高速加工技术是指采用数控加工设备，结合高速切削工具，进行高速、高效、高精度的自动化加工过程。
相对于传统的机械加工方法，数控高速加工技术不仅可以提高加工精度，而且可以缩短加工周期，降低成本，提高生产效率和竞争力，具有重要的应用价值和发展前景。
其主要应用于航空航天、汽车、模具、光学、医疗等领域。
二、应用数控高速加工技术的应用范围很广，主要包括以下几个方面：1.航空航天航空航天是数控高速加工技术应用的主要领域之一。
在制造飞机部件时，数控高速加工技术可以快速地完成复杂曲面的加工，提高加工精度和表面质量，保证飞机部件的质量和性能。
2.汽车制造在汽车制造行业，数控高速加工技术主要应用于汽车发动机的制造和零部件加工，以及其他大型机械设备的加工和维修。
利用数控高速加工技术，可以提高汽车发动机的工作效率和稳定性，降低噪音和污染，保证汽车的安全性和质量。
3.光学制造在光学行业，数控高速加工技术主要应用于光学元件的制造和加工。
利用数控高速加工技术，可以制造出高精度、高稳定性的光学元件，提高光学设备的精度和性能，满足不同领域的应用需求。
4.医疗制造在医疗行业，数控高速加工技术主要应用于人工骨、植入物等医疗设备的制造和加工。
利用数控高速加工技术，可以使医疗设备更加精确地适应不同的人体部位和病情，提高医疗治疗的效率和安全性。
三、发展趋势随着科技的不断发展和制造业的升级换代，数控高速加工技术也在不断地发展和完善。
未来数控高速加工技术的发展可能会朝着以下几个方向发展：1.高速切削目前数控高速加工技术的切削速度一般在500 m/min以上，但是随着材料的不断进步和加工工具的不断改进，未来数控高速加工技术的切削速度可能会更快，达到1 000 m/min以上。
我国高速加工技术现状及发展趋势
标题：我国高速加工技术现状及发展趋势在当前工业生产中，高速加工技术已成为了提高加工效率、降低成本、改善产品质量的重要手段。
我国作为全球最大的制造业大国，高速加工技术的现状和发展趋势备受关注。
本文将从深度和广度两个方面对我国高速加工技术进行全面评估，并探讨其发展趋势。
一、我国高速加工技术的现状1. 高速加工技术的定义和特点高速加工技术是指在高速度下对工件进行切削加工的一种先进加工技术，具有高效率、高精度、高表面质量、低热影响区等特点。
2. 国内高速加工技术的发展历程自20世纪80年代以来，我国的高速加工技术得到了迅猛的发展，尤其是在航空航天、汽车制造、模具制造等行业得到了广泛应用。
3. 我国高速加工技术的应用现状高速加工技术在航空航天、汽车制造、模具制造、医疗器械等领域得到了广泛应用，成为提高生产效率和产品质量的重要手段。
二、我国高速加工技术的发展趋势1. 技术创新推动高速加工技术的发展随着科技的进步和不断创新，高速加工技术将会更加高效、精密、稳定，能够满足更加复杂的加工需求。
2. 智能制造与高速加工技术的融合智能制造将成为未来高速加工技术发展的重要方向，通过智能化、自动化技术，提高生产效率和产品质量。
3. 绿色制造与高速加工技术的结合高速加工技术在减少碳排放、节能减排方面将会有更大的发展空间，应用于绿色制造领域。
4. 人工智能在高速加工技术中的应用随着人工智能技术的快速发展，其在高速加工技术中的应用将会成为新的发展趋势，将提高生产效率和产品质量。
三、总结与展望我国高速加工技术在不断发展创新的过程中，已经取得了令人瞩目的成绩，但与发达国家相比仍有一定差距。
在未来发展中，需要加大科技投入力度，加强技术研发和创新，培养更多高端技术人才，不断提升我国的高速加工技术水平，推动制造业向高质量发展。
个人观点：高速加工技术作为先进制造技术的代表，将会对我国工业生产产生深远影响。
在未来，我相信随着科技的进步和不断创新，我国的高速加工技术将不断迈向更加高效、精密、稳定的发展方向，并为我国制造业的转型升级和智能制造提供重要支撑。
高速加工技术
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3.7.2 高速加工机床与刀具
聚晶立方氮化硼(PCBN/Polycrystalline Cubic Boron Nitride) 1970年问世 ◆ PCBN切削性能 较高的硬度和耐磨性： CBN 晶体结构与金刚石相 似，化学键类型相同，晶 格常数相近。 CBN 粉末硬 度 HV8000 ， PCBN 硬 度 3000-5000。切削耐磨材料 时，其耐磨性为硬质合金 刀具的 50 倍，涂层硬质合 金刀具的 30 倍，陶瓷刀具 的25倍。
陶瓷球轴承
陶瓷球轴承 冷却水出口
旋转变压器
冷却水入口 陶瓷轴承高速主轴
郭德伟
8
3.7.2 高速加工机床与刀具
磁浮轴承主轴结构
前径向轴承 电主轴 后径向轴承 双面轴向 推力轴承
前辅助轴承
后辅助轴承
前径向传感器
后径向传感器 轴向传感器 图3-48 磁浮轴承高速主轴
郭德伟
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3.7.2 高速加工机床与刀具
最高 最高 高精度 Ra=0.1-0.05 IT5-6 硬质合金\铜\ 铝有色金属及 其合金\陶瓷 等高硬度材料
一般钢 材、铸 铁粗、 精加工
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3.7.2 高速加工机床与刀具
碳原子 氮原子 硼原子
图3-36 金刚石（左）与CBN（右）原子结构 金刚石与 CBN 晶体结构相似，每一个原子都以理想四面体方式以 109°28′键角与邻近4个原子结合。金刚石中的每个C原子都以共价键 方式与邻近4个C原子结合。CBN中每个N原子与4个B原子结合，每个 B原子又与4个N原子结合，并存在少数离子键。
硬度/HV 5000 4000 3000 BN20 2000 1000 0 0 硬质合金 200 400 600 800 1000 温度/℃ 陶瓷
高速加工技术及应用
高速加工技术及应用高速加工技术是一种在短时间内迅速、高效地完成工件加工的技术。
它是现代制造业发展的重要一环，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子、模具等领域。
高速加工技术的特点有以下几点：1.高速切削：高速加工技术采用高速旋转的切削工具，使得切削速度大大提高，一般可以达到切削速度的数倍甚至十数倍，从而大大缩短了加工时间。
2.小切削量：高速加工技术多采用微小切削量的方式进行切削，这样可以降低加工对机床、刀具和工件的热影响，提高加工精度。
3.高精度和高表面质量：高速加工技术能够实现很高的加工精度和表面质量，通常可以达到几个微米的加工精度和很低的表面粗糙度。
4.刀具寿命长：高速加工技术采用高硬度和高耐磨性的刀具材料，使得刀具使用寿命大大延长，降低了换刀频率和加工成本。
高速加工技术在以下方面有广泛的应用：1.航空航天领域：在航空航天领域，高速加工技术能够加工各种复杂曲面和薄壁结构件，如发动机叶片、航空航天零件等，提高了零件的精度和表面质量。
2.汽车领域：高速加工技术在汽车制造中主要用于零部件的加工，如发动机缸体、座椅滑块等，能够提高加工效率和产品质量。
3.船舶领域：高速加工技术在船舶制造中主要用于船体结构和轴承加工，如船体钢板切割、轴承的外圈和内圈加工等，提高了加工速度和质量。
4.电子领域：高速加工技术在电子领域主要用于半导体器件的切割和加工，如芯片切割、光纤连接器加工等，提高了加工精度和产品性能。
5.模具领域：高速加工技术在模具制造中主要用于模具的精细加工，如模具的深孔加工、细小结构的加工等，提高了模具的加工精度和寿命。
高速加工技术的发展对于提高制造业的竞争力和产品质量具有重要意义。
随着材料科学和机械加工技术的不断发展，高速加工技术将在更多领域得到应用，并不断推动制造业的发展。
高速加工技术
手机外壳的加工
电脑键盘的制造
平板电脑外壳的铣削
电子元器件的微细加 工
06
高速加工技术的发展趋势和未来展望
高速加工技术的发展趋势
更高的切削速度：随着新材料和新工艺的不断发展高速加工技术将进一步提高切削速度提高加 工效率。
智能化和自动化：随着人工智能和机器学习技术的不断发展高速加工技术将更加智能化和自动 化实现加工过程的自动监控和优化。
高速加工技术采 用小切削力可以 减小工件变形和 振动提高加工精
度。
高速加工技术可 以快速切除工件 材料缩短加工时
间降低成本。
高速加工技术采 用先进的控制系 统和刀具能够实 现高精度的轨迹 控制和补偿功能 进一步增强加工 过程的灵活性。
04
高速加工的关键技术
高速切削技术
定义：高速切削 是一种在极高转 速下进行的切削 加工方法具有高 进给速度和高切 削速度的特点。
05
高速加工技术的应用案例
航空航天领域的应用案例
高速加工技术在航空航天领域的应用提高了零件的加工精度和效率。 在航空发动机制造中高速加工技术能够快速去除材料提高生产效率。 高速加工技术在航天器制造中得到广泛应用如卫星天线、太阳能电池板等。 高速加工技术能够满足航空航天领域对高精度、高质量、高效率的加工要求。
高精度加工技术
高速切削技术：通过高转速的刀具实现高效切削提高加工精度和表面质量。
超精密切削技术：采用超硬材料和纳米级切削参数实现超精密切削提高加工精度和表面光 洁度。
快速点磨削技术：通过高速旋转的磨头对工件进行快速点磨削实现高效高精度加工。
激光辅助加工技术：利用激光的高能量密度特性对工件进行快速、高精度的加工。
通过高速加工 技术可以实现 快速原型制造 和快速模具制 造缩短了产品 开发周期降低 了开发成本。
机械制造中的高速加工技术研究
机械制造中的高速加工技术研究随着现代制造业的发展和人们对高效生产的需求，机械制造中的高速加工技术逐渐成为研究领域的热点。
高速加工技术通过提高加工速率和节约加工时间，为制造业带来了巨大的发展潜力。
本文将探讨高速加工技术在机械制造中的应用和影响。
高速加工技术的出现，主要是为了满足制造业对高效率、高精度、高质量产品的需求。
相比传统加工方法，高速加工技术依靠高转速的加工设备和刀具，可以实现更高的切削速率和更快的加工周期。
这不仅可以提高生产效率，减少加工时间，还可以降低生产成本和能源消耗。
因此，机械制造企业积极引入高速加工技术，提高产品竞争力，满足市场需求。
在高速加工技术的应用中，加工质量和刀具的选择是关键因素。
高速加工过程中的切削速度和切削力非常大，因此要保证加工表面的质量和刀具的寿命，不仅需要选用高质量的刀具材料，还需要对切削参数进行合理设计和控制。
另外，高速加工中的冷却润滑也是重要的因素之一。
由于加工速率的提高，加工区域的热量会更集中，若不能有效地降低温度，会导致零件变形和刀具磨损加剧。
因此，机械制造企业需要专门研发适用于高速加工的冷却润滑剂，并对冷却润滑技术进行改进，以提高加工质量和刀具寿命。
除了加工过程中的优化措施外，高速加工技术的研究还需关注加工系统的稳定性和振动问题。
高速加工过程中存在严重的振动和冲击力，这不仅影响加工质量，还会损害设备和降低工作效率。
因此，机械制造企业需要不断改进加工系统的结构和设计，采取减振措施，提高系统的稳定性和可靠性。
同时，对振动监测和控制技术的研究可以有效地提高加工系统的性能和安全性。
高速加工技术发展的另一个方向是在复杂曲面加工和微细加工领域的应用。
传统的加工方法很难满足这些特殊需求，而高速加工技术凭借其精准、快速的特点，可以实现更加精细和复杂的加工任务。
例如，在航空航天领域，复杂曲面的零部件加工一直是一个难题，而高速加工技术可以大大提高加工质量和效率。
此外，在微细加工领域，如微电子器件制造和生物医学器械加工等，高速加工技术也具有重要的应用价值。
高速切削加工技术
在通用机械制造业中，高速切 削加工技术广泛应用于机床、 泵阀、压缩机和液压传动装置 等产品的制造。
05
高速切削加工技术的发 展趋势与挑战
高效稳定的高速切削技术
高效稳定的高速切削技术是未来发展 的关键，需要不断提高切削速度和加 工效率，同时保持加工过程的稳定性 和可靠性。
高效稳定的切削技术还需要不断优化 切削参数和刀具设计，以适应不同材 料和加工需求的挑战。
高速切削工艺技术
切削参数选择
根据不同的加工材料和切削条件， 选择合适的切削速度、进给速度 和切削深度等参数，以实现高效
切削和高质量加工。
切削液使用
合理选用切削液，如乳化液、极 压切削油等，以提高切削效率和 工件表面质量，同时减少刀具磨
损和热量产生。
加工路径规划
采用合理的加工路径和顺序，以 减少空行程和换刀次数，提高加
高效稳定的切削技术需要解决切削过 程中的振动和热变形问题，提高加工 精度和表面质量。
高性能刀具材料的研发
高性能刀具材料是实现高速切削 的关键因素之一，需要具备高硬 度、高强度、高耐磨性和良好的
抗热震性等特点。
研发新型高性能刀具材料，如超 硬材料、陶瓷材料等，能够提高 切削速度和加工效率，同时减少
刀具磨损和破损。
改善加工质量
01
高速切削加工技术能够减少切削 力，降低切削热，从而减小了工 件的热变形和残余应力，提高了 加工精度和表面质量。
02
由于切削力减小，工件不易产生 振动，减少了振纹和表面粗糙度 ，进一步提高了加工质量。
降低加工成本
高速切削加工技术能够显著提高加工效率，缩短了加工周期，从而降低了单件成 本。
高速切削加工技术
目 录
• 高速切削加工技术概述 • 高速切削加工技术的优势 • 高速切削加工的关键技术 • 高速切削加工的实践应用 • 高速切削加工技术的发展趋势与挑战 • 高速切削加工技术的未来展望
自动化模具制造的新技术
自动化模具制造的新技术在现代制造业中，模具制造是一个至关重要的环节。
随着科技的不断进步，自动化技术在模具制造领域的应用日益广泛，为模具制造带来了一系列新的技术和方法。
这些新技术不仅提高了模具制造的效率和精度，还降低了成本，提升了产品质量，为制造业的发展注入了强大的动力。
一、高速加工技术高速加工技术是自动化模具制造中的一项关键技术。
它采用高转速、高进给速度和小切削量的加工方式，能够大大缩短模具的加工时间，提高加工效率。
与传统加工方式相比，高速加工可以有效地减少切削力和切削热，从而降低模具的热变形和残余应力，提高模具的加工精度和表面质量。
在高速加工中，刀具的选择和刀具路径的规划至关重要。
为了适应高速加工的要求，刀具需要具备良好的耐磨性、耐高温性和高强度。
同时，通过合理规划刀具路径，可以避免刀具的频繁换向和停顿，保证加工的连续性和稳定性。
此外，高速加工对机床的性能也提出了更高的要求。
机床需要具备高刚性、高精度的运动控制系统和良好的冷却系统，以确保在高速加工过程中的稳定性和可靠性。
二、电火花加工技术的创新电火花加工技术在模具制造中一直扮演着重要的角色。
近年来，电火花加工技术不断创新和发展，出现了一些新的应用和改进。
例如，微细电火花加工技术可以用于加工微小模具零件，其加工精度可以达到微米级甚至纳米级。
这种技术在微型模具和精密模具制造中具有广阔的应用前景。
另外，智能电火花加工技术通过实时监测加工过程中的放电状态和参数，实现了对加工过程的自适应控制。
这不仅提高了加工效率和精度，还减少了人工干预，降低了对操作人员经验的依赖。
三、激光加工技术的应用激光加工技术作为一种非接触式加工方法，在自动化模具制造中也得到了广泛的应用。
激光切割技术可以快速、精确地切割各种模具材料，尤其是对于复杂形状和薄板材料的切割具有明显的优势。
与传统的切割方法相比，激光切割具有切口质量好、热影响区小、加工柔性高等优点。
激光焊接技术在模具修复和模具拼接方面也发挥了重要作用。
高速切削加工技术的概念
高速切削加工技术的概念高速切削加工技术是一种在机械加工中使用高速旋转刀具来去除材料的工艺。
它可以提高加工效率、减少加工成本，提高切削质量，并延长刀具寿命。
在高速切削加工技术中，切削速度通常比传统切削速度高出几倍，达到可达到切削极限的速度。
高速切削加工技术的基本原理是通过尽可能高的转速来提高切削速度，以减小切削过程中的切削时间。
高速切削加工技术的发展需要满足以下几个条件：高速切削的刀具材料需要具备良好的硬度、热稳定性和刚性；高速切削需要使用高速转子以提供所需的切削速度；高速切削需要使用高速切削液以冷却和润滑刀具和切削床面。
高速切削加工技术的优点主要体现在以下几个方面：1. 高加工效率：高速切削加工可以提高切削速度，减少切削时间，从而提高加工效率。
与传统切削相比，高速切削可以将加工时间减少50%以上。
2. 高表面质量：高速切削加工可以减小切削过程中的机床振动和切削力，从而获得更高的表面质量。
切削过程中，高速转子产生的离心力可以抑制刀具的振动，提高切削表面的光洁度。
3. 刀具寿命长：高速切削加工可以减小切削温度，减小切削热对刀具的影响，从而延长刀具的使用寿命。
高速切削可以在减小切削温度的同时提高切削速度，从而有效地降低刀具的受热面积，减小刀具的磨损。
4. 减少加工成本：高速切削加工可以提高加工效率，减少切削时间，从而减少加工成本。
高速切削还可以减小切削力和切削温度，减少切削液的消耗，降低切削液的成本。
高速切削加工技术的应用范围广泛，包括航空航天、汽车制造、模具制造、电子制造等领域。
例如，在航空航天制造中，高速切削可以快速精确地加工复杂的零部件；在汽车制造中，高速切削可以提高发动机零部件的加工效率和精度；在模具制造中，高速切削可以提高模具的加工效率和精度；在电子制造中，高速切削可以提高电路板的加工效率和精度。
总之，高速切削加工技术是现代制造业的一个重要发展方向。
通过提高切削速度，高速切削加工可以提高加工效率、减少加工成本，并提高切削表面的质量。
高速加工技术
高速加工的一些定义
1. 高速铣削的切削速度比较传统铣削快5至10倍 2. 低切削力，进给速度高，主轴转速30,000转/分以上。 3. 高效能加工，切削量大，切削力稳定，刀具寿命长，高精 度，硬切削，不一定高转速。 4. 利用高主轴转速和高的轴向进给速度，以获得高的材料切 除率，而不降低零件的精度和表面质量。
高速加工的设备
高速加工机床 高速切削刀具
高速加工的应用
航空航天： 航空航天： ◎ 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去 带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工， 除率达100-180cm /min。 除率达100-180cm3/min。 ◎ 镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000 m/min 镍合金、钛合金加工，切削速度达200汽车工业： 汽车工业： ◎ 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线， 实现多品种、 实现多品种、中小批量的高效生产 模具制造： 模具制造： ◎ 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍 高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3 仪器仪表： 仪器仪表： ◎ 精密光学零件加工。
高速加工的意义
高速加工的真正意义?——改善加工生产流程!
高速切削的原理－ 高速切削的原理－高速切削中切屑的产生
高速切削不断增加的摩擦阻力导致切屑和刀 具的接触区域的温度升高。 接触区域的温度可能高达工件材料的熔点。 切屑在接近熔点的液体状态下起到了润滑效 果，因此，减低了摩擦系数。 区域摩擦力的降低，减小了对切屑流动的阻 碍，从而导致对切屑的压力减小和切削力降低。 流动切屑的一个重要特征就是切屑横截面积 减小和剪切角增大，切屑明显的扭曲。
高速加工技术93.pptx
静压轴承工作原理
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静压轴承对轴颈圆度误差的均化作用
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静压轴系特点
轴承间隙内介质压强由外部供给，忽略主轴旋转时的动 压效应，承载能力不受主轴转速的影响，实现任何转速 下液／气体摩擦，具有设计所需的承载能力；适应性好， 寿命长
主轴浮起后是纯液／气体摩擦，起动摩擦阻力小，主轴 旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多
高速加工在汽车工业中的应用
1
2
3
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钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔 高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床
高速加工中心
5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
1台1轴1工序（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔 型固定不变）
柔性（零件、孔数、孔径 、孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高第速24页加/共工99页实例（日产公司）
和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小， 剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低 大概30%-90% • 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部 分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热 变形小，有效地提高了加工精度 • 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小， 受热影响小，破损的机率很小，磨损慢
后径向传感器 轴向传感器 磁浮第轴53承页/高共9速9页主轴
磁悬浮轴承电主轴
高频电动机
磁悬浮轴承
松刀用液压装置
HSK-E刀柄
磁悬浮轴承
水套冷却
瑞士IBGA公司的磁悬浮电主轴
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磁浮轴承电主轴特点
➢主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁 浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。
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德国 ROEDERS,42000rpm,适 合如手机模具加工
高速加工技术
高速加工技术一．起源1931年，德国切削物理学家萨洛蒙(Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利的所罗门原理：被加工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。
切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。
实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。
通过长期的研究，从上世纪90年代中期起，高速加工进入实用化阶段。
用户可以享受高速加工的高效率，高精度和成本优势。
德国OPS-INGERSOLL公司是目前世界上最好的高速加工中心制造商之一。
二．高速加工的定义高速加工是指转速在30,000RPM以上，实际加工切削进给保持8-12m/min的恒定进给。
我们从定义中看出，高速加工的一个关键要素是高速恒定进给。
由于高速加工时，转速上万转，特别在加工高硬度材料时，瞬间产生大量热量，所以必须保持高速进给，使产生的85%以上的热量被铁屑带走。
但在模具加工过程中，硬度通常在HRC50以上，且为复杂的曲面或拐角，所以高速机床必须做到在加工曲面或拐角时仍能高速进给。
另外实际加工中，刀具都有一个最佳切削参数，如能保持恒定进给，对刀具寿命，切削精度和加工表面质量都有提高。
由此看出，高速加工不仅是高速主轴，而且也是机床伺服系统的综合。
事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能C NC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。
高速加工技术的关键技术及应用
高速加工技术的关键技术及应用高速加工技术是一种在短时间内高效精确地完成加工任务的技术。
它的应用领域广泛，包括航空航天、汽车制造、电子通讯、模具制造等。
高速加工技术的关键技术主要包括五轴加工、超声波加工、高速切割技术等。
首先，五轴加工技术是高速加工技术的重要组成部分。
五轴加工技术是利用五轴数控机床实现多个方向的加工能力，使工件可以在不同方向上进行切削，从而提高加工效率和加工质量。
这项技术可以实现更复杂的加工任务，如曲线曲面的加工、倒角和开槽等。
五轴加工技术的应用领域广泛，包括航空航天、汽车制造、模具制造等。
其次，超声波加工技术也是高速加工技术的一项重要技术。
超声波加工技术利用超声波振动产生高频微小振动，通过磨料和工件之间的相互磨擦来实现加工效果。
这种加工技术在硬脆材料的加工中具有独特的优势，如陶瓷、半导体材料等。
超声波加工技术的应用能够提高加工精度和加工质量，尤其适用于微细加工和高难度加工。
另外，高速切割技术也是高速加工技术的一种重要技术。
高速切割技术是通过快速旋转的刀具对工件进行切割，具有高效、准确和快速的特点。
高速切割技术的应用非常广泛，包括机械加工、模具制造、汽车制造等。
这种技术能够有效地提高加工效率和降低加工成本，同时还能够实现对各种材料的高精度切割。
除了以上所述的关键技术，高速加工技术还需要配合一系列的辅助技术和设备，例如智能化控制技术、刀具材料技术、冷却系统技术等。
这些技术的综合应用可以进一步提高高速加工技术的效率和精度。
高速加工技术的应用非常广泛。
在航空航天领域，高速加工技术可以用于制造飞机零部件、发动机叶片等高精度零件。
在汽车制造领域，高速加工技术可以用于制造发动机缸体、汽缸套等零部件。
在电子通讯领域，高速加工技术可以用于制造PCB电路板、高频电子元件等。
在模具制造领域，高速加工技术可以用于制造塑料模具、铝合金模具等。
总而言之，高速加工技术的关键技术包括五轴加工、超声波加工、高速切割技术等。
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高速加工技术概述摘要：本文在介绍高速加工技术概念的基础上，介绍了高速加工技术目前研究的背景和最新的研究进展，举例说明目前高速加工技术的实际应用情况，最后展望了该领域的发展前景。
关键词：高速加工；内部激励；振动；联合仿真；试验Overview of high-speed machining technologyChenXu（Nanjing Agriculture University Institute of Technology，Nanjing 210031）Abstract:This paper introduced the concept of high-speed machining technology，and then the background of the latest research developments in high-speed machining technology is introduced,and it setted some examples to illustrate the practical application of the current high-speed machining technology.Finally, the development prospects in the field is forecasted. Keywords: high-speed machining; Internal Incentive; Vibration; Co-Simulation; Experiment先进制造技术这一特有名词被提出后，立即获得世界各国的积极响应，成为当今制造业研究的重点领域之一。
先进制造技术即制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于制造的全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术的总称[1]。
高速加工技术（High Speed Machining，HSM）作为先进制造技术中的重要组成部分，正成为切削加工的主流，具有强大的生命力和广阔的应用前景。
高速加工的理念从20世纪30年代初提出以来，经过半个多世纪艰难的理论探索和研究，并随着高速切削机床技术和高速切削刀具技术的发展和进步，直至20世纪80年代后期进入工业化应用。
目前在工业发达国家的航空航天、汽车、模具等制造业中应用广泛，取得了巨大的经济效益[2]。
1高速加工技术的概念及研究背景1.1 高速加工技术的概念高速加工技术中的“高速”是一个相对的概念。
对于不同的加工方法和工件材料与刀具材料，高速加工时应用的切削速度并不相同。
如何定义高速切削加工，至今还没有统一的认识。
目前沿用的高速加工定义主要有以下几种：（1）1978年，CIRP切削委员会提出以线速度（500~7000）m/min的切削加工为高速加工[3]。
（2）根据ISO1940标准，主轴转速高于8000r/min为高速切削加工。
（3）德国Darmstadt工业大学生产工程与机床研究所（PTW）提出以高于（5~10）倍的普通切削速度的切削加工定义为高速切削加工[4]。
（4）从主轴设计的观点，以沿用多年的DN值（主轴轴承孔直径D与主轴最大转速N的乘积）来定义高速切削加工。
DN值达（5~2000）×105mm·r/min时为高速加工[4]。
（5）从刀具和主轴动力学角度来定义高速加工。
这种定义取决于刀具振动的主模式频率，它在ANSI/ASME标准中用来进行切削性能测试时选择转速范围[4]。
因此，高速加工不能简单地用某一具体的切削速度值来定义。
根据不同的切削条件，具有不同的高速切削速度范围。
虽然很难就高速加工的给出明确定义，但从实际生产考虑，高速加工中的“高速”不应仅是一个技术指标，还应是一个经济指标，是一个可由此获得较大经济效益的高速加工。
根据目前的实际情况和可能的发展，不同的工件材料的大致切削速度范围如图1所示[5]。
图1 不同工件材料大致的切削速度范围Fig.1 Different workpiece material cuttingspeed range roughly1.2高速加工技术的研究背景20世纪中后期，随着社会生产力的提高和科学技术的发展，特别是材料、信息、等领域的长足进步，对常规的金属加工效率产生了更高的要求。
需要在保证加工质量的同时能够尽快的完成金属切削加工过程，提高生产效率，缩短产品的开发周期，进而提升企业的产能，增加企业收入。
在这样的背景之下，高速加工技术概念提出20年后，从20世纪50年代后期开始，高速切削加工的理论基础研究开始在世界范围内展开。
首先是高速加工理论研究和探索阶段（1931年—1971年）。
由于当时还没有高速加工的机床，不能进行很高速的切削加工实验，于是采用了弹射实验的方法。
研究表明很多材料是可以通过高速切削来实现加工的，可以大大的提高生产效率，但是要解决高速切削过程中严重的刀具磨损和机床振动现象。
然后是高速加工应用基础研究探索阶段（1972年—1978年）。
该阶段主要探索了高速切削加工用于实际生产的可行性。
最后发现：生产上应用切削速度（305~915）m/min 切削加工铸铁和钢；（610~3660）m/min切削加工铝合金是可行的，并且可以有效地提高表面加工质量，但要加强研究开发刀具和具有快速装卸工件与更换刀具的高速加工机床。
随后是高速加工应用研究阶段（1979年—1989年）。
此时期开始研究由磁悬浮轴承支持的高速电主轴系统，全面深入系统研究了高速铣削铁属和非铁属材料的基础理论、高速切削刀具和机床技术、高速切削加工工艺和效率以及高速切削加工技术的实际应用，获得许多有重要价值的成果。
目前是高速加工技术发展和应用阶段（1990年至今）。
1993年直线电机的出现拉开了高速进给的序幕，快速换刀和装卸工件的结构日益完善，自动新型电主轴高速切削加工中心也不断投放到国际市场。
高速切削刀具的材料、结构和可靠的刀具与主轴连接的刀柄的出现与使用，标志着高速加工技术已从理论研究进入工业应用阶段。
高速加工技术已经在工业发达国家成为切削加工主流，日益广泛的应用于模具、航空、航天、高速机车和汽车工业等，取得巨大的经济效益。
2 高速加工技术近期研究进展高速加工技术经过半个多世纪的发展到现在，主要的研究领域包括高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高速主轴系统、高速进给系统、高速CNC控制系统、高速刀柄系统、高速切削加工理论、高速切削加工工艺、高速机床结构设计等。
下面就分别来介绍一下各个领域的研究近况。
2.1 高性能刀具材料及刀具设计制造技术高速切削对刀具的材料、镀层、几何形状以提出了很高的要求。
高速加工切削刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性（刀具毛坯制造、磨削和焊接性等），且不易变形。
目前国内外性能好的刀具主要是超硬材料刀具，包括金刚石刀具、聚晶立方氮化硼刀具、陶瓷刀具TiC（N）基硬质合金刀具（金属陶瓷）、涂层刀具和超细晶粒硬质合金刀具等，如图2所示。
图2 刀具材料的发展与切削高速化的关系Fig.2 The relationship between the high speed cutting and the development of cutting tool material目前工业上使用的金刚石刀具根据成分结构和制备方法不同可分为三种：（1）天然金刚石ND（Natural Diamond）；（2）人造聚晶金刚石PCD（Artificial Polycrystalline Diamond）和复合片PDC（Polycrystalline Diamond Compact）；（3）化学气相沉积涂层金刚石CVD刀具(Chemical Vapor Deposition Diamond Coated Tools）。
在国内，上海交通大学陈明、孙方宏教授等用CVD方法制备金刚石铣刀并进行实验研究。
成都理工大学金刚石薄膜实验室龙剑平等人研究了CVD金刚石薄膜硬质合金刀具膜/基附着性能的主要因素、改善金刚薄膜与硬质合金基体之间附着力的途径以及表征膜/基附着力的测试方法等方面的研究。
2.2 高速主轴系统高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。
高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力的作用下产生振动和变形，高速运转摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：（1）结构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪声，具有良好的启停性能；（2）足够的刚性和回转精度；（3）良好的热稳定性；（4）大功率；（5）先进的润滑和冷却系统；（6）可靠的主轴监控系统。
高速主轴为满足上述性能要求，结构上几乎全部是交流伺服电机直接驱动的“内装电机”集成化结构，采用集成化主轴结构由于减少传动部件，具有更高的可靠性。
高速主轴要求在极短的时间内实现升降速，在指定的区域内实现快速准停，这就要求主轴具有很高的角加速度。
为此，将主轴电机和主轴合二为一，制成电主轴，实现无中间环节的直接传动，是高速主轴单元的理想结构。
轴承是决定主轴寿命和负荷的关键部件。
为了适应高速切削加工，高速切削机床采用了先进的主轴轴承、润滑和散热等新技术。
目前高速主轴主要采用陶瓷轴承、磁悬浮轴承、空气轴承和液体动、静压轴承等[6]。
如图3为一种陶瓷轴承的高速主轴。
图3 一种陶瓷电主轴结构示意图Fig.3 Schematic diagram of a ceramic spindle2.3 高速进给系统高速切削时，为了保持刀具每次进给量基本不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅度提高。
为了适应进给运动高速化的要求，在高速加工机床上主要采取了如下措施：（1）采用新型直线滚动导轨，其中的球轴承和与钢轨之间的接触面积很小，摩擦系数为槽式导轨的1/20左右，并且爬行现象大大降低；（2）采用小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠或粗螺距多头滚珠丝杠；（3）高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化，使伺服系统与CNC系统在A/D与D/A 转换中不会有丢失和延迟现象；（4）为了尽量减轻工作台重量但又不损失工作台的刚度，高速进给机构通常采用碳纤维则增强复合材料；（5）直线电机消除了机械传动系统的间隙、弹性变形等问题，减小了传动摩擦力，几乎没有反向间隙，并且具有高加速、减速特性。
如图4所示为直线电机的原理示意图。
2.4 高速CNC控制系统数控高速切削加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高的功能化特性，以保证再告诉切削时特别是在4~5轴坐标联动加工复杂曲面时仍具有良好的加工性能。