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1、超精密加工与超高速加工技术超精密加工与超高速加工技术值得拥有的资料是来自平时学习积累总结的有问题的地方肯定有的还请大家批评指正！超精密加工与超高速加工技术一、技术概述 超高速加工技术是指采用超硬材料的刃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、加工精度和加工质量的现代加工技术超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异目前一般认为超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过 1600m/min铸铁为 1500m/min超耐热镍合金达 300m/min钛合金达 1501000m/min纤维增强塑料为 20009000m/min各种切削工艺的切速范围为：车削 700700
2、0m/min铣削 3006000m/min钻削 2001100m/min磨削 250m/s 以上等等超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究超高速主轴单元制造技术超高速进给单元制造技术超高速加工用刀具与磨具制造技术超高速加工在线自动检测与控制技术等超精密加工当前是指被加工零件的尺寸精度高于 0.1 m表面粗糙度 Ra 小于 0.025 m以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于 0.01 m 的加工技术亦称之为亚微米级加工技术且正在向纳米级加工技术发展超精密加工技术主要包括：超精密加工的机理研究超精密加工的设备制造技术研究超精密加工工具及刃磨技术研究超精密测量技术和误差补偿技术研究超精
3、密加工工作环境条件研究二、现状及国内外发展趋势 1超高速加工工业发达国家对超高速加工的研究起步早水平高在此项技术中处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等在超高速加工技术中超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备目前刀具材料已从碳素钢和合金工具钢经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料发展到人造金刚石及聚晶金刚石（PCD） 、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼（CBN）切削速度亦随着刀具材料创新而从以前的 12m/min 提高到1200m/min 以上砂轮材料过去主要是采用刚玉系、碳化硅系等美国 GE
4、公司 50 年代首先在金刚石人工合成方面取得成功60 年代又首先研制成功 CBN90 年代陶瓷或树脂结合剂 CBN 砂轮、金刚石砂轮线速度可达 125m/s有的可达 150m/s而单层电镀 CBN 砂轮可达 250m/s因此有人认为随着新刀具（磨具）材料的不断发展每隔十年切削速度要提高一倍亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了在超高速切削技术方面1976 年美国的 Vought 公司研制了一台超高速铣床最高转速达到了 20000rpm特别引人注目的是联邦德国 Darmstadt 工业大学生产工程与机床研究所（PTW）从1978 年开始系统地进行超高速切削机理研究对各种金属和非金属材料进行高速切
5、削试验联邦德国组织了几十家企业并提供了 2000 多万马克支持该项研究工作自八十年代中后期以来商品化的超高速切削机床不断出现超高速机床从单一的超高速铣床发展成为超高速车铣床、钻铣床乃至各种高速加工中心等瑞士、英国、日本也相继推出自己的超高速机床日本日立精机的 HG400III 型加工中心主轴最高转速达3600040000r/min工作台快速移动速度为 3640m/min采用直线电机的美国 Ingersoll 公司的 HVM800 型高速加工中心进给移动速度为 60m/min在高速和超高速磨削技术方面人们开发了高速、超高速磨削、深切缓进给磨削、深切快进给磨削（即 HEDG） 、多片砂轮和多砂轮架
6、磨削等许多高速高效率磨削这些高速高效率磨削技术在近 20 年来得到长足的发展及应用德国 Guehring Automation 公司 1983 年制造出了当时世界第一台最具威力的 60kw 强力 CBN 砂轮磨床Vs 达到 140160m/s德国阿享工业大学、Bremen 大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果并积极在铝合金、钛合金、因康镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究德国 Bosch 公司应用 CBN 砂轮高速磨削加工齿轮齿形采用电镀 CBN 砂轮超高速磨削代替原须经滚齿及剃齿加工的工艺加工 16MnCr5 材料的齿轮齿形Vs155m/s其 Q达到 811mm3/mm.s
7、德国 Kapp 公司应用高速深磨加工泵类零件深槽工件材料为 100Cr6 轴承钢采用电镀 CBN 砂轮Vs 达到 300m/s其 Q140mm3/mm.s磨削加工中可将淬火后的叶片泵转子 10 个一次装夹一次磨出转子槽磨削时工件进给速度为 1.2m/min平均每个转子加工工时只需 10 秒钟槽宽精度可保证在 2 m一个砂轮可加工 1300 个工件目前日本工业实用磨削速度已达 200m/s美国 Conneticut 大学磨削研究中心1996 年其无心外圆高速磨床上最高砂轮磨削速度达 250m/s近年来我国在高速超高速加工的各关键领域如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面也
8、进行了较多的研究但总体水平同国外尚有较大差距必须急起直追2超精密加工超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高而且商品化的程度也非常高美国是开展超精密加工技术研究最早的国家也是迄今处于世界领先地位的国家早在 50 年代末由于航天等尖端技术发展的需要美国首先发展了金刚石刀具的超精密切削技术称?quot;SPDT 技术“（Single Point Diamond Turning）或“微英寸技术“（1 微英寸0.025 m）并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床糜诩庸夂司郾浞瓷渚怠绞醯嫉霸厝朔纱们蛎娣乔蛎娲笮土慵鹊取缑拦鶯 LL 实验室和 Y
9、12 工厂在美国能源部支持下于 1983 年 7 月研制成功大型超精密金刚石车床 DTM3 型该机床可加工最大零件?2100mm、重量 4500kg 的激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜（包括 X 光天体望远镜）等该机床的加工精度可达到形状误差为 28nm（半径）圆度和平面度为 12.5nm加工表面粗糙度为 Ra4.2nm该机床与该实验室 1984 年研制的 LODTM 大型超精密车床一起仍是现在世界上公认的技术水平最高、精度最高的大型金刚石超精密车床在超精密加工技术领域英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称CUPE）享有较高声誉它是当今世界上精密
10、工程的研究中心之一是英国超精密加工技术水平的独特代表如 CUPE 生产的 Nanocentre（纳米加工中心）既可进行超精密车削又带有磨头也可进行超精密磨削加工工件的形状精度可达 0.1 m 表面粗糙度 Ra10nm日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家日本的研究重点不同于美国前者是以民品应用为主要对象后者则是以发展国防尖端技术为主要目标所以日本在用于声、光、图象、办公设备中的小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面是更加先进和具有优势的甚至超过了美国我国的超精密加工技术在 70 年代末期有了长足进步80 年代中期出现了具有世界水平的
11、超精密机床和部件北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等如精度达 0.025 m 的精密轴承、JCS027 超精密车床、JCS031超精密铣床、JCS035 超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动位移测微仪等达到了国内领先、国际先进水平航空航天工业部三零三所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加
12、工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究并有相应产品问世此外中科院长春光学精密机械研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究成绩显著但总的来说我国在超精密加工的效率、精度可靠性特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比与生产实际要求比还有相当大的差距超精密加工技术发展趋势是：向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料21 世纪初十年将是超精密加工技术达到和完
13、成纳米加工技术的关键十年三、“十五“目标及主要研究内容 1目标超高速加工到 2005 年基本实现工业应用主轴最高转速达 15000r/min进给速度达 4060m/min砂轮磨削速度达 100150m/s；超精密加工基本实现亚微米级加工加强纳米级加工技术应用研究达到国际九十年代初期水平2主要研究内容（1）超高速切削、磨削机理研究对超高速切削和磨削加工过程、各种切削磨削现象、各种被加工材料和各种刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工艺参数优化等进行系统研究（2）超高速主轴单元制造技术研究主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术
14、研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究（3）超高速进给单元制造技术研究高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究研究开发各种超高速加工（包括难加工材料）用刀具磨具材料及制备技术使刀具的切削速度达到国外工业发达国家 90 年代末的水平磨具的磨削速度达到 150m/s 以上（5）超高速加工测试技术研究对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动
15、控制系统的监控技术对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工精度、加工表面质量等在线监控技术进行研究（6）超精密加工的加工机理研究“进化加工“及“超越性加工“机理研究；微观表面完整性研究；在超精密范畴内的对各种材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究（7）超精密加工设备制造技术研究纳米级超精密车床工程化研究；超精密磨床研究；关键基础件如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究；超精密机床总成制造技术研究（8）超精密加工刀具、磨具及刃磨技术研究金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究（9）精密测量技术及误差补偿技术研究纳米级基准与传递系统建立；纳米级测量仪器研究；空间误差补偿技术研究；测量集成技术研究（10）超精密加工工作环境条件研究超精密测量、控温系统、消振技术研究；超精密净化设备新型特种排屑装置及相关技术的研究
