超超 高高 速速 加加 工工 技技 术术超高速加工的基本概念超高速加工的基本概念超高速加工的特点超高速加工的特点高速加工切削速度的范围高速加工切削速度的范围超高速加工的内涵超高速加工的内涵超高速加工的应用超高速加工的应用高速磨削加工高速磨削加工超高速加工的关键技术超高速加工的关键技术1 超高速加工的基本概念超高速加工的基本概念高速加工技术：高速加工技术： 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术地提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术 超高速加工包括超高速加工包括超高速切削和超高速切削和超高速磨削超高速磨削 超高速切削超高速切削（（Super High-speed Cutting））:采用比常规速度高得多的切削速度采用比常规速度高得多的切削速度采用比常规速度高得多的切削速度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进行加工的一种高效新工艺方法进行加工的一种高效新工艺方法。
进行加工的一种高效新工艺方法Ø以切削速度和进给速度界定：以切削速度和进给速度界定： 高速加工的高速加工的高速加工的高速加工的切削速度和进给速度切削速度和进给速度为普通切削的为普通切削的为普通切削的为普通切削的5 5～～～～1010倍Ø以主轴转速界定：以主轴转速界定：高速加工的高速加工的高速加工的高速加工的主轴转速主轴转速≥ ≥10000 r/min10000 r/min索 引2 超高速加工的内涵超高速加工的内涵 德德国国切切削削物物理理学学家家萨萨洛洛蒙蒙（（Carl Carl SalomonSalomon））博博士士于于19311931年年提提出出的的著著名名切切削削理理论论认认为为：：一一定定的的工工件件材材料料对对应应有有一一个个临临界界切切削削速速度度，，在在该该切切削削速速度度下下其其切切削温度最高削温度最高 在在常常规规切切削削速速度度范范围围内内，，切切削削温温度度温温度度随随着着切切削削速速度度的的增增加加而而提提高高在在切切削速度达到临界切削速度后，随着切削速度的增大切削温度反而下降削速度达到临界切削速度后，随着切削速度的增大切削温度反而下降。
3 启示：如果切削速度能超过切削“死谷”在超高速区内进行切削，则有可能用现在的刀具进行高速切削，从而大大减少切削工时，成倍的提高机床的生产率萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线超高速加工的内涵超高速加工的内涵4 超高速加工的内涵超高速加工的内涵德国切削物理学家德国切削物理学家Carl Salmon Carl Salmon 博士博士19291929年进行了超高速模拟实验年进行了超高速模拟实验索 引5 V=高速加工切削速度的范围高速加工切削速度的范围ØØ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料工件材料工件材料工件材料而异 ◎◎车削(Turing)：700-7000 m/min ◎◎铣削(Milling)：300-6000 m/min ◎◎钻削(Drilling)：200-1100 m/min ◎◎磨削(Grinding)：50-300 m/s ◎◎镗削（Boring）：35-75m/minØØ 高速加工切削速度范围随加工方法加工方法加工方法加工方法不同也有所不同同同同◎◎铝合金(Aluminum Alloy)：1000-7000 m/min◎◎铜(Cu)：900-5000 m/min◎◎钢(Steel)：500-2000 m/min◎◎灰铸铁(Gray cast iron)：800-3000 m/min◎◎钛(Ti)：100-1000m/min索 引6 超高速加工的特点超高速加工的特点Ø切削力低切削力低 切削变形小，切屑流出速度加快，切削力比常规降低30-90%，可高质量地加工出薄壁零件；Ø材料切除率高材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍；图 加工零件7 超高速加工的特点超高速加工的特点Ø加工能耗低加工能耗低 超高速切削时，单位功率的金属切除率 显著增大。
如克希德飞机制造公司的铝合金超高速铣销，主轴转速从4000r/min提高到20000r/min，切削力减少了30%，金属切除率提高了3倍，工件的制造时间短，从而提高了能源和设备的利用率，适用于材料切除率要求大的场合，如汽车、模具和航天航空等制造领域Ø工艺系统振动小工艺系统振动小 在超高速加工中，由于机床主轴转速很高，激励振动的频率远离机床固有振动频率，因此可使工艺振动减小，提高加工质量8 超高速加工的特点超高速加工的特点Ø高精度高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率，加工平稳、振动小；Ø减少工序减少工序 工件加工可在一道工序中完成，称为 “一次过”技术（One pass machining） A为高速切削加工时的热传导过程 B为传统加工的热传导过程 图 热传导对比图Ø热变形小热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；索 引9 图 HSM600U型数控五轴高速加工中心型数控五轴高速加工中心生产厂家：生产厂家：Mikron 主轴转速：最高主轴转速：最高42000 rpm 主轴功率：主轴功率：13 KW 进给速度：最高进给速度：最高40 m / min 定位精度：定位精度：0.008 mm 重复定位精度：重复定位精度：0.005mm超高速加工的应用超高速加工的应用10 图图 HSM400加工极高表面光洁度的硬钢加工极高表面光洁度的硬钢HRC62、铝、铜、塑料工件、铝、铜、塑料工件图图 HSM800图图 HSM600超高速加工的应用超高速加工的应用11 （（（（1 1）模具制造）模具制造）模具制造）模具制造 图 采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值与最终尺寸差值/mm加工时间加工时间 100 %粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修少量手工精修0.11100.00010.01超高速加工的应用超高速加工的应用12 b）高速模具加工的过程）高速模具加工的过程图 两种模具加工过程比较1硬化毛坯硬化毛坯→2粗铣粗铣→3半精铣半精铣→4精铣精铣→5手工磨修手工磨修 a）传统模具加工的过程）传统模具加工的过程1毛坯毛坯 → 2粗铣粗铣 → 3半精铣半精铣 → 4热处理热处理 →5电火花加工电火花加工→6精铣精铣→7手工磨修手工磨修 电极制造13 （（（（2 2）汽车制造）汽车制造）汽车制造）汽车制造专用机床专用机床5轴轴×4工序工序 = 20轴（轴（3万件万件/月）月）刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）变）1234钻孔钻孔 表面倒棱表面倒棱 内侧倒棱内侧倒棱 铰孔铰孔表面和内侧倒棱表面和内侧倒棱高速钻孔高速钻孔高速加工中心高速加工中心1台台1轴轴1工序（工序（3万件万件/月）月）柔性（零件、孔数、孔径、孔柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）型可变）图图 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）超高速加工的应用超高速加工的应用14 （（（（3 3）难加工材料领域）难加工材料领域）难加工材料领域）难加工材料领域 硬金属材料（HRC55～62），可代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um （（（（4 4）超精密微细切削加工领域）超精密微细切削加工领域）超精密微细切削加工领域）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板；精铣去口；钻680个直径为3mm的小孔时间: 32min图 高速切削加工医用药盒高速切削加工医用药盒索 引超高速加工的应用超高速加工的应用15 （（（（1 1）高速主轴）高速主轴）高速主轴）高速主轴 当前，主轴高速在结构上几乎全部采用主轴电动机与主轴合二为一的结构形式，简称电主轴，交流伺服电动机内置式集成化结构转子套装在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷或油冷循环系统使主轴在高速旋转时保持恒定的温度这样的主轴结构精度高、振动小、噪声低、结构紧凑 采用的轴承有：滚动轴承（陶瓷轴承）、磁浮轴承、气体静压轴承、液体静压轴承 高速化单元是高速加工机床最关键的部件在超高速运转的条件下，传统的齿轮变速和皮带传动方式已不能适应要求，为适应这种切削加工，高速主轴应具有先进的主轴结构和优良的主轴轴承、良好的润滑和散热系统等高速化指标：dn值，至少达到1×106进给速度在10m/min以上 超高速加工的关键技术超高速加工的关键技术16 陶瓷球轴承陶瓷球轴承图 陶瓷轴承高速主轴密封圈电主轴陶瓷球轴承陶瓷球轴承冷却水冷却水q 陶瓷轴承高速主轴结构图 陶瓷轴承高速主轴旋转变压器17 前辅助轴承电主轴双面轴向推力轴承前径向轴承后径向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 磁浮轴承高速主轴q 磁浮轴承主轴结构18 放大器电磁铁（定子）传感器转子 图 磁悬浮轴承工作原理控制器19 （（（（2 2）快速进给系统）快速进给系统）快速进给系统）快速进给系统伺服电动机伺服电动机+ +大导程高速精密滚珠丝杠副； 大导程高速精密滚珠丝杠副； 直流直线电机、交流永磁同步直线电动机、交流感应异步直线电动机的进给系统。
直流直线电机、交流永磁同步直线电动机、交流感应异步直线电动机的进给系统3 3 基座基座 4 4 磁性轨道磁性轨道 5 5 直线电机直线电机 6 6 直线导轨直线导轨7 7 直线光栅直线光栅 8 8 平台平台 9 9 接口电缆接口电缆 10 10 防护罩防护罩 图 结构图超高速加工的关键技术超高速加工的关键技术20 （（（（3 3）高性能的）高性能的）高性能的）高性能的CNCCNC控制系统控制系统控制系统控制系统（（（（4 4）先进的机床结构）先进的机床结构）先进的机床结构）先进的机床结构 用于高速加工的用于高速加工的CNCCNC控制系统必须具有很高的运算速度和运算控制系统必须具有很高的运算速度和运算精度以及快速响应的伺服控制，以满足高速及复杂型腔的加工要求精度以及快速响应的伺服控制，以满足高速及复杂型腔的加工要求 为了适应粗、精加工，轻重切削负荷和快速移动的要求，同时为了适应粗、精加工，轻重切削负荷和快速移动的要求，同时要保证高精度和高速切削，机床床身必须具有足够的刚度、强度和要保证高精度和高速切削，机床床身必须具有足够的刚度、强度和高的阻尼特性及热稳定性。
高的阻尼特性及热稳定性超高速加工的关键技术超高速加工的关键技术21 （（（（5 5）高速切削的刀具系统）高速切削的刀具系统）高速切削的刀具系统）高速切削的刀具系统工件材料工件材料最佳前角数值最佳前角数值最佳后角数值最佳后角数值铝合金铝合金12°~15°13°~15°铜材铜材0°~5°12°~16°铸铁铸铁0°12°铜合金铜合金8°16°纤维强化复合材料纤维强化复合材料20°15°~ 20°表表 超高速切削刀具最佳前角和后角推荐值超高速切削刀具最佳前角和后角推荐值索 引超高速加工的关键技术超高速加工的关键技术22 磨削(Grinding):借助于砂轮表面大量磨粒作切削刃去除材料的一种方法磨削速度(Grinding speed):指砂轮表面磨粒在工件材料上进行刻划切削的运动速度，通常就是砂轮周边的回转线速度，单位m/s高速磨削(High-speed grinding):磨削速度在100 m/s以上超高速磨削(Super high-speed grinding):150 m/s以上即常规速度五倍以上的高速磨削高速磨削的基本概念高速磨削的基本概念23 图 高速主轴动平衡系统1-信号传送单元 2-紧固发兰盘 3-内装电子驱动平衡块 4-磨床主轴 高速磨削的关键技术高速磨削的关键技术 （（（（1 1）高速主轴）高速主轴）高速主轴）高速主轴24 图 直线电机驱动高速平面磨床 （（（（2 2）高速磨床结构）高速磨床结构）高速磨床结构）高速磨床结构高速磨削的关键技术高速磨削的关键技术25 1）要求：Ø砂轮基体的机械强度必须能承受高速磨削时的磨削力，必须考虑高速离心力作用；Ø砂轮磨粒突出高度要大，以便能容纳大量的长切屑。
Ø结合剂具有很高的耐磨性，以减少砂轮的磨损；Ø高度磨削时要安全可靠2）材料：CBN、PCD3）结合剂：多孔陶瓷和电镀镍4）结构（（（（4 4）冷却润滑液及其供液过滤系统）冷却润滑液及其供液过滤系统）冷却润滑液及其供液过滤系统）冷却润滑液及其供液过滤系统（（（（5 5）主轴轴承）主轴轴承）主轴轴承）主轴轴承高速磨削的关键技术高速磨削的关键技术 （（（（3 3）高速磨削砂轮）高速磨削砂轮）高速磨削砂轮）高速磨削砂轮26 图 高速砂轮典型结构27 谢谢观看谢谢观看28 。