浅谈高速加工主轴单元制造技术
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速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的去除 率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技 术。
高速切削（ ）：采用比常规速度高得多的切 削速度进行加工的一种高效新工艺方法。
3
☻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 ≥8000~10000 。
☻高速加工切削速度范围随加工方法不同有所不同 车削()：700-7000 铣削()：300-6000 钻削()：200-1100 磨削()：50-300 镗削（）：35-75
4
☻ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 铝合金( )：1000-7000 铜()：900-5000 钢()：500-2000 灰铸铁( )：800-3000 钛()：100-1000
高速加工机床振动小、噪声
低、少用或不用切削液，也
符合环保要求。刀具寿命也
延长了。
16
（2）高速切削的应用？
17
☻不同材料的高速加工
铝、铜合金的高速切削加工
铝、铜合金的强度和硬度相对较低 ，导热性好，适于进行高速切削加工， 不仅可以获得高的生产率，还可以获得 好的加工表面质量。
铸铁与钢高速切削加工
5
☻高速加工切削速度范围因不同的工件材料而 异（图）
塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金
10
100
10000
切削速度V（m/min） 图 高速与超高速切削速度范围
1000
6
高速加工的产生和发展
20世纪20年代末，德国的切削物理学家萨洛蒙（ ）博 士进行了超高速模拟实验，并于1931年4月首次提出高速加 工（ ）概念并获得专利，简称。
另一方面，由于传入工件的切削热的比例 大幅度减少，加工表面受热时间短、切削 温度低，因此热影响区和热影响程度都较 小。加工表面质量显著提高。
15
☻低消耗！
高速切削时，单位功率所切 削的切削层材料体积显著增 大。由于采用较小的背吃刀 量，刀具每刃的切削量很小 ，因而机床的主轴、导轨的 受力就小，机床的精度寿命 长，同时
制造工艺及刀具
高速高效加工
1
内容提要
一、高速加工的概念与特征 二、高速切削技术的特点及应用 三、高速切削的关键技术
☻高速主轴单元制造技术 ☻高速进给单元制造技术 ☻高速加工刀具技术
2
一、高速加工的概念与特征
高速加工技术： 高速加工包括高速切削和高速磨削。 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高
☻ 1960年前后美国空军和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1500~4500）
☻ 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
☻日本在超高速切削机床的研究和开发方面后来居上 ，现已成为世界上超高速机床的主要提供者
10
☻意义：
22
☻汽车车门外覆盖件模具的高速加工
• 模具尺寸： 1400x1200 x600
• 模具重量：2500 • 毛坯材料：30(相当
于300) • 材料硬度：240
高速加工与传统数控加工的时间比较： 传统加工：50H.，钳工修复：90H.，总计；140H. ：16H.5M.，手工修复：15H.，总计：37.5H.
例如：波音公司在生产波音15战斗机时 ，采用“整体制造法”，飞机零件数量减
19
高速铣削客机机舱地板桁条
20
☻航空航天
高速加工薄壁样件（厚度0.1mm） （米克朗公司）
增压器叶轮实物
21
☻汽车制造业 高速加工中心组成柔性生产线()
例如：国内如一汽大众捷达轿车自 动生产线，由冲压、焊接、涂装、总 装、发动机及传动器等高速生产线组 成，年产轿车能力15万辆，制造节拍 1150辆； 汽车发动机及其配件的高速切削加工 பைடு நூலகம்车覆盖件及零件模具的高速切削加工
7
☻ 1931年在“高速切削原理”一文中给
出了著名的“曲线”
160 0
切削温度/ ℃
钢
青铜
铸铁
120
硬质合金
0 Stelite合金
980℃
850℃
高速钢650℃
800
碳素工具钢
450℃
软铝
400
非铁金属
030切 适00削应不区 切削适应区
600
切削适应区
1200
1800
2400
切削速度v/(m/min)
Salomon切削温度与切削速度曲线
8
☻结论：被加工材料都有一个临界切削速度 ，在临界速度之前，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
切削力
亦减小。
刀具寿命
高速加工
切削速度
Salomon曲线
9
☻ 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（）”的概念
13
☻精度高！ 对于同样的切削层参数，
由于高速带来突变滑移减少 硬化阻力，使得高速切削的 单位切削力明显减小。这对 减小振动和偏差非常重要， 也使工件在切削过程的受力 变形显著减小。特别有利于 提高薄壁细筋件等刚性差零 件的高速精密加工。
14
☻质量高！ 一方面，高速切削的力值及其变化幅度小 ，与主轴转速有关的激振频率远远高于切 削工艺系统的高阶固有频率。
☻ 切削热小：加工过程迅速，95%以上切削 热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升 低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产 生热变形的零件，可提高加工精度；
☻ 动力学特性好：刀具激振频率远离工艺系12
☻ 效率高！以瑞士公司生产700高速铣床为例，其最高 转速可达42000，是普通铣削转速的几十倍，加工效 率自然远远高于普通铣削加工。
不是简单意义上的高切削速度。它应当被 认为是用特定方法和生产设备进行加工的工艺 。
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二、高速切削技术的特点及应用
（1）高速加工特点
☻加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍 ，材料去除率可提高3-6倍；
☻切削力小：较常规切削至少降低30%，径 向力降低更明显。工件受力变形小，适于 加工薄壁件和细长件；
不仅可以获得高的加工效率和好的 表面质量，还可以对淬硬钢和冷硬铸铁 进行切削加工，实现以切代磨。
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☻高速加工应用领域 大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件适于
采用高速加工，材料去除率达100-1803。 镍合金、钛合金高速加工，切削速度达200-
1000 对一些“整体制造法”零件，高速切削
大大提高生 产效率和产品质量，降低制造 成本
高速切削（ ）：采用比常规速度高得多的切 削速度进行加工的一种高效新工艺方法。
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☻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 ≥8000~10000 。
☻高速加工切削速度范围随加工方法不同有所不同 车削()：700-7000 铣削()：300-6000 钻削()：200-1100 磨削()：50-300 镗削（）：35-75
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☻ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 铝合金( )：1000-7000 铜()：900-5000 钢()：500-2000 灰铸铁( )：800-3000 钛()：100-1000
高速加工机床振动小、噪声
低、少用或不用切削液，也
符合环保要求。刀具寿命也
延长了。
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（2）高速切削的应用？
17
☻不同材料的高速加工
铝、铜合金的高速切削加工
铝、铜合金的强度和硬度相对较低 ，导热性好，适于进行高速切削加工， 不仅可以获得高的生产率，还可以获得 好的加工表面质量。
铸铁与钢高速切削加工
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☻高速加工切削速度范围因不同的工件材料而 异（图）
塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金
10
100
10000
切削速度V（m/min） 图 高速与超高速切削速度范围
1000
6
高速加工的产生和发展
20世纪20年代末，德国的切削物理学家萨洛蒙（ ）博 士进行了超高速模拟实验，并于1931年4月首次提出高速加 工（ ）概念并获得专利，简称。
另一方面，由于传入工件的切削热的比例 大幅度减少，加工表面受热时间短、切削 温度低，因此热影响区和热影响程度都较 小。加工表面质量显著提高。
15
☻低消耗！
高速切削时，单位功率所切 削的切削层材料体积显著增 大。由于采用较小的背吃刀 量，刀具每刃的切削量很小 ，因而机床的主轴、导轨的 受力就小，机床的精度寿命 长，同时
制造工艺及刀具
高速高效加工
1
内容提要
一、高速加工的概念与特征 二、高速切削技术的特点及应用 三、高速切削的关键技术
☻高速主轴单元制造技术 ☻高速进给单元制造技术 ☻高速加工刀具技术
2
一、高速加工的概念与特征
高速加工技术： 高速加工包括高速切削和高速磨削。 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高
☻ 1960年前后美国空军和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1500~4500）
☻ 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
☻日本在超高速切削机床的研究和开发方面后来居上 ，现已成为世界上超高速机床的主要提供者
10
☻意义：
22
☻汽车车门外覆盖件模具的高速加工
• 模具尺寸： 1400x1200 x600
• 模具重量：2500 • 毛坯材料：30(相当
于300) • 材料硬度：240
高速加工与传统数控加工的时间比较： 传统加工：50H.，钳工修复：90H.，总计；140H. ：16H.5M.，手工修复：15H.，总计：37.5H.
例如：波音公司在生产波音15战斗机时 ，采用“整体制造法”，飞机零件数量减
19
高速铣削客机机舱地板桁条
20
☻航空航天
高速加工薄壁样件（厚度0.1mm） （米克朗公司）
增压器叶轮实物
21
☻汽车制造业 高速加工中心组成柔性生产线()
例如：国内如一汽大众捷达轿车自 动生产线，由冲压、焊接、涂装、总 装、发动机及传动器等高速生产线组 成，年产轿车能力15万辆，制造节拍 1150辆； 汽车发动机及其配件的高速切削加工 பைடு நூலகம்车覆盖件及零件模具的高速切削加工
7
☻ 1931年在“高速切削原理”一文中给
出了著名的“曲线”
160 0
切削温度/ ℃
钢
青铜
铸铁
120
硬质合金
0 Stelite合金
980℃
850℃
高速钢650℃
800
碳素工具钢
450℃
软铝
400
非铁金属
030切 适00削应不区 切削适应区
600
切削适应区
1200
1800
2400
切削速度v/(m/min)
Salomon切削温度与切削速度曲线
8
☻结论：被加工材料都有一个临界切削速度 ，在临界速度之前，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
切削力
亦减小。
刀具寿命
高速加工
切削速度
Salomon曲线
9
☻ 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（）”的概念
13
☻精度高！ 对于同样的切削层参数，
由于高速带来突变滑移减少 硬化阻力，使得高速切削的 单位切削力明显减小。这对 减小振动和偏差非常重要， 也使工件在切削过程的受力 变形显著减小。特别有利于 提高薄壁细筋件等刚性差零 件的高速精密加工。
14
☻质量高！ 一方面，高速切削的力值及其变化幅度小 ，与主轴转速有关的激振频率远远高于切 削工艺系统的高阶固有频率。
☻ 切削热小：加工过程迅速，95%以上切削 热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升 低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产 生热变形的零件，可提高加工精度；
☻ 动力学特性好：刀具激振频率远离工艺系12
☻ 效率高！以瑞士公司生产700高速铣床为例，其最高 转速可达42000，是普通铣削转速的几十倍，加工效 率自然远远高于普通铣削加工。
不是简单意义上的高切削速度。它应当被 认为是用特定方法和生产设备进行加工的工艺 。
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二、高速切削技术的特点及应用
（1）高速加工特点
☻加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍 ，材料去除率可提高3-6倍；
☻切削力小：较常规切削至少降低30%，径 向力降低更明显。工件受力变形小，适于 加工薄壁件和细长件；
不仅可以获得高的加工效率和好的 表面质量，还可以对淬硬钢和冷硬铸铁 进行切削加工，实现以切代磨。
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☻高速加工应用领域 大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件适于
采用高速加工，材料去除率达100-1803。 镍合金、钛合金高速加工，切削速度达200-
1000 对一些“整体制造法”零件，高速切削
大大提高生 产效率和产品质量，降低制造 成本