超高速加工技術標準課件

Page12022年12月12日超高速加工技術的歷史背景20世紀50年代，美國麻省理工學院發(fā)明的數(shù)控技術被稱為現(xiàn)代制造技術的開端80年代，工業(yè)發(fā)達國家數(shù)控化率已高達70－80％。隨著數(shù)控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的應用，使機械加工的輔助工時大大縮短。在這種情況下，輔助工時在生產(chǎn)過程中占的比重已經(jīng)較小，所以不能通過一味的減小輔助工時來提高生產(chǎn)率。而切削工時占了總工時的主要部分，成為主要矛盾，只有大幅減少切削工時，提高切削速度和進給速度等，才能大幅提高生產(chǎn)率。概述Page12022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page22022年12月12日超高速加工技術的歷史背景圖不同年代切削加工的制造時間及費用的變化圖概述Page22022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page32022年12月12日超高速加工技術的歷史背景1995年，米蘭國際機床博覽會以來，高速化是每次國際性機床博覽會一個突出的主題。超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。數(shù)控技術是現(xiàn)代制造技術的第一個里程碑，那么超高速加工技術就是第二個高速超高速加工、精密超精密加工、高能束加工和自動化加工成了當今四大先進加工技術概述Page32022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page42022年12月12日超高速加工技術的內涵和范圍超高速加工技術是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設備，以極大地提高切削速度來達到提高切除率、加工精度和加工質量的現(xiàn)代制造加工技術。概述Page42022年12月11日超高速加工技術的內涵和Page52022年12月12日內涵

高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。一般認為應是常規(guī)切削速度的5～10倍。高速切削的速度范圍與加工方法和工件材料密切相關。HSC ＝ High-Speed-CuttingHSM ＝ High-Speed-Machining概述Page52022年12月11日內涵高速切削是Page62022年12月12日范圍高速范圍與加工材料密切相關來源：PTW概述Page62022年12月11日范圍高速范圍與加工材料Page72022年12月12日范圍高速范圍與加工方法密切相關車削：700～7000

m/min；銑削：300～6000

m/min；鉆削：200～1100

m/min；磨削：150m/s以上。

例如：在切削灰鑄鐵時，1000m/min以上才是高速車削，而400m/min就定義為高速鉆削。概述Page72022年12月11日范圍高速范圍與加工方法Page82022年12月12日目前定位的超高速切削的指標： 保證加工精度和加工質量的前提下，將通常切削速度加工的加工時間減少90％，同時將加工費用減少50％概述Page82022年12月11日目前定位的超高速切削的Page92022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削1976年美國首次推出有級超高速銑床，最高轉速達20000r/min，功率15kw。此后，法國、德國也開始了超高速加工技術的研究。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page92022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)Page102022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削我國在超高速加工的關鍵領域也做了一定的研究，但與國外相比，有較大的差距。主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；而國外，采用滾珠絲杠的進給系統(tǒng)，快速進給速度達到40－60m，采用直線電機的進給系統(tǒng)中，快速進給可達160m。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page102022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page112022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。在超高速磨削技術方面，德國領先，日本后來巨上，美國則在奮起直追。目前發(fā)達國家，工業(yè)上應用磨削速度已達到150－250m/s,實驗室中達到400/s。我國在這一領域與國外差距巨大，工業(yè)上應用的磨削速度還未達到100m/s，實驗室中才為250m/s。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page112022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page122022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展趨勢 超高速加工技術的發(fā)展趨勢應符合加工中心或柔性制造技術的發(fā)展方向，即高效高速化、實用廉價化、多功能復合化，最主要的是高效高速化方向。

超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page122022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page132022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page132022年12月11日概述3.2超高速加Page142022年12月12日超高速切削示意圖20世紀30年代德國物理學家提出高速加工的理論

在切削速度達到一個臨界值時,切削溫度達到最大值,在這個臨界值之后的一個范圍內,切削速度增加,則切削溫度下降。超高速加工技術的機理Page142022年12月11日超高速切削示意圖20Page152022年12月12日新型刀具材料20世紀80年代以來，新型刀具材料的發(fā)展為高速切削的實際應用創(chuàng)造了條件。超高速加工技術的機理Page152022年12月11日新型刀具材料20世紀Page162022年12月12日超高速加工技術的特征

高單位時間切除率，降低加工成本

高加工表面質量，提高加工精度

低切削力，降低加工系統(tǒng)力變形

高激勵頻率，避免自激振蕩

切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形

減少后續(xù)工序，降低加工成本優(yōu)點Page162022年12月11日超高速加工技術的特征此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削進給速度隨切削速度的提高也可相應的提高5－10倍，這樣，單位時間材料的去除率可提高3－6倍，因而加工時間可縮減到1/3.由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。1－基座2、6－可移動銑頭及滑臺3、4－頂部輔助支承導軌5－工件安裝和夾壓臺7－主支承導軌及驅動系統(tǒng)我國在這一領域與國外差距巨大，工業(yè)上應用的磨削速度還未達到100m/s，實驗室中才為250m/s。超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。其加工的典型零件：伺服閥、各種泵、電機的殼體、電機轉子、氣缸體等面向高速切削的切削機床切削熱大部分由切屑快速帶走高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性。床身底面積為33m×15m，約有三層樓高，它主要用來加工大型鋁合金飛機零件。HALLERHILLESpecht500L高速銑床（EMO1997）零件有薄壁，要求小切削力超高速加工技術的相關技術力膨脹夾頭的原理如下圖所示。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；Page172022年12月12日超高速加工技術的特征

高單位時間切除率，降低加工成本進給速度隨切削速度的提高也可相應的提高5－10倍，這樣，單位時間材料的去除率可提高3－6倍，因而加工時間可縮減到1/3.此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有Page182022年12月12日高速切削的特征提高單位時間的切除量，降低產(chǎn)品的制造時間（常規(guī)銑削）（高速銑削）后續(xù)工作精加工半精加工粗加工加工準備設計來源：BMW超高速加工技術的特征Page182022年12月11日高速切削的特征提高單Page192022年12月12日超高速加工技術的機理高加工表面質量，提高加工精度切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性。Page192022年12月11日超高速加工技術的機理Page202022年12月12日高速切削的特征提高加工表面質量行距行距實際輪廓要求輪廓加工余量行距來源：PTW超高速加工技術的特征Page202022年12月11日高速切削的特征提高加Page212022年12月12日超高速加工技術的特征低切削力，降低加工系統(tǒng)力變形高速切削切削力可降低30％Page212022年12月11日超高速加工技術的特征Page222022年12月12日超高速加工技術的機理切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形加工過程極為迅速，95％以上的切削熱來不及傳給工件，而被切削迅速帶走，零件不會因為溫升導致彎翹和膨脹變形Page222022年12月11日超高速加工技術的機理Page232022年12月12日高速切削的特征減少傳遞給工件的熱量

切屑和接觸面之間的接觸區(qū)域產(chǎn)生的高溫會導致溫度效應并降低工件材料變形的阻力剪切角增大切削熱大部分由切屑快速帶走避免積屑瘤的產(chǎn)生工件后刀面刀具前刀面接觸區(qū)高速切削的剪切角常規(guī)切削的剪切角超高速加工技術的特征Page232022年12月11日高速切削的特征減少傳Page242022年12月12日超高速加工技術的特征高激勵頻率，避免自激振蕩

減少后續(xù)工序，降低加工成本因為超高速加工的表面質量幾乎可以和磨削相比，可以直接作為最后一道精加工工序Page242022年12月11日超高速加工技術的特征Page252022年12月12日超高速加工技術的特征Page252022年12月11日超高速加工技術的特征Page262022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page262022年12月11日概述3.2超高速加這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。超高速加工技術的相關技術傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件超高速加工技術的相關技術直線電動機的基本構造與普通旋轉電機相似，如圖所示而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。一般認為應是常規(guī)切削速度的5～10倍。超高速加工技術的相關技術HALLERHILLESpecht500L高速銑床（EMO1997）超高速加工技術的相關技術高抗熱礦物鑄鐵（Mineralguss）床身高速范圍與加工材料密切相關(b)受力后夾頭孔呈圓形把電機的轉子部分直接與機床工作臺相連，從而消除了一切中間傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了直接驅動鉆削：200～1100

m/min；而國外，采用滾珠絲杠的進給系統(tǒng)，快速進給速度達到40－60m，采用直線電機的進給系統(tǒng)中，快速進給可達160m。Z滑臺：鋼－CFK三明治體超高速加工技術的相關技術刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。Page272022年12月12日高速切削的應用領域

航空航天工業(yè)輕合金的加工：模具制造業(yè)：

汽車工業(yè)：

難加工材料的加工（如：Ni基高溫合金和Ti合金）

纖維增強復合材料加工

精密零件加工薄壁易變形零件的加工超高速加工技術的應用這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。Page272022年Page282022年12月12日

航空航天工業(yè)輕合金的加工：飛機上的零件通常采用“整體制造法”，其金屬切除量相當大（一般在70％以上），采用高速切削可以大大縮短切削時間。超高速加工技術的應用高速切削的應用領域Page282022年12月11日航空航天工業(yè)輕合金Page292022年12月12日美國波音公司的F15戰(zhàn)斗機兩個方向舵之間的氣動減速板以前需要500多個零件裝配而成，制造一個需要交貨期為3個月；而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。超高速加工技術的應用Page292022年12月11日美國波音公司的F15Page302022年12月12日高速切削的應用領域

模具制造業(yè)：型腔加工同樣有很大的金屬切除量，過去一直為電加工所壟斷，其加工效率低。以前為電加工后再進行拋光加工。圖超高速加工技術的應用Page302022年12月11日高速切削的應用領域Page312022年12月12日高速切削的應用領域

汽車工業(yè)：對技術變化較快的汽車零件，采用高速加工。（過去多用組合機加工，柔性差）其加工的典型零件：伺服閥、各種泵、電機的殼體、電機轉子、氣缸體等超高速加工技術的應用Page312022年12月11日高速切削的應用領域Page322022年12月12日高速切削的應用領域難加工材料的加工（如：Ni基高溫合金和Ti合金）

纖維增強復合材料加工

精密零件加工薄壁易變形零件的加工超高速加工技術的應用Page322022年12月11日高速切削的應用領域難Page332022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page332022年12月11日概述3.2超高速加Page342022年12月12日

高速主軸必須裝在結構能適應高速切削的機床上，才能充分發(fā)揮高速切削的眾多優(yōu)點。這就要求高速切削機床具有很高的進給速度，并在很高速下仍有高的定位精度。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的相關技術1.高速切削機床結構Page342022年12月11日高速主軸必Page352022年12月12日

根據(jù)上述幾點要求，高速切削機床在90年代基本上從兩個方向上發(fā)展：一是在普通機床的基礎上對關鍵零部件進行改進。二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。超高速加工技術的相關技術Page352022年12月11日根據(jù)上述幾點Page362022年12月12日面向高速切削的切削機床設計特征高速電機主軸直線電機（Z軸）混凝土聚合物床身框架焊接結構橫梁焊接結構XY工作臺直線電機驅動超高速加工技術的相關技術Page362022年12月11日面向高速切削的切削機目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。我國在超高速加工的關鍵領域也做了一定的研究，但與國外相比，有較大的差距。有的刀具工廠在1997年漢諾威的世界機床博覽會上已展出了聚晶立方氮化硼制成的麻花鉆。另一個發(fā)展方面是開發(fā)新型的高速切削刀具，特別是那些形狀比較復雜的刀具。超高速加工技術的相關技術超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。2)重復使用時裝夾和定位精度高；超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢超高速加工技術的相關技術整體零件“掏空”，切除量大刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。銑削：300～6000

m/min；圖7-14大型高速型面銑床切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形用于模具制造的MIKROMAT高速銑床超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削Z滑臺：鋼－CFK三明治體二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。它以其端面及1：10錐度的空心錐套作雙重定位，與以往常用的7：24錐柄相比，有如下優(yōu)點：Page372022年12月12日⑴主軸系統(tǒng)傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件代之以寬調速交流變頻電機來實現(xiàn)數(shù)控機床主軸的變速，即采用無外殼電機，將其空心轉子直接套裝在機床主軸上，定子則安裝在主軸單元的殼體內，形成“電主軸”。實現(xiàn)變頻電機和機床主軸的一體化。超高速加工技術的相關技術目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法Page382022年12月12日

圖超高速主軸的結構超高速加工技術的相關技術Page382022年12月11日Page392022年12月12日⑵進給驅動系統(tǒng)高速化高速切削機床的滑臺驅動系統(tǒng)在90年代初多采用大導程滾珠絲杠傳動和增加伺服進給電機的轉速來實現(xiàn)的，一般進給速度可達60m/min左右。近幾年出現(xiàn)了直線電機驅動系統(tǒng)。由于它無間隙、慣性小、剛度較大而無磨損，通過控制電路可實現(xiàn)高速度和高精度驅動，在1997年進給速度已達120m/min超高速加工技術的相關技術Page392022年12月11日⑵進給驅動系統(tǒng)高速Page402022年12月12日

直線電動機的基本構造與普通旋轉電機相似，如圖所示

圖直線電動機進給驅動系統(tǒng)1－導軌系統(tǒng)2－籠型繞組3－三相繞組4－直線行程測量系統(tǒng)超高速加工技術的相關技術Page402022年12月11日直線電動機Page412022年12月12日

把電機的轉子部分直接與機床工作臺相連，從而消除了一切中間傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了直接驅動超高速加工技術的相關技術Page412022年12月11日 把電機的轉子部分直Page422022年12月12日(3)運動部件輕量化和伺服進給控制精密化

右圖是一臺高速切割的加工中心，其X、Y、Z三軸的移動部件的質量均較傳統(tǒng)的結構為輕，且均采用直線電機驅動。

圖高速切削的加工中心結構示意超高速加工技術的相關技術Page422022年12月11日(3)運動部件輕量化Page432022年12月12日

右圖是美國Ingersoll公司為英國BritishAerospace公司提供的大型高速型面銑床。床身底面積為33m×15m，約有三層樓高，它主要用來加工大型鋁合金飛機零件。圖7-14大型高速型面銑床1－基座2、6－可移動銑頭及滑臺3、4－頂部輔助支承導軌5－工件安裝和夾壓臺7－主支承導軌及驅動系統(tǒng)超高速加工技術的相關技術Page432022年12月11日右圖是美國Page442022年12月12日2.高速切削的刀具系統(tǒng)高速切削時的一個主要問題是刀具磨損，與普通切削相比，高速切削時刀具與工件的接觸時間減少，接觸頗率增加，由此減少了切屑的皺褶，切削過程中產(chǎn)生的熱量更多地向刀具傳遞，磨損機理與普通切削有很大區(qū)別。

超高速加工技術的相關技術Page442022年12月11日2.高速切削的刀具系Page452022年12月12日

由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。設計刀具時，必須根據(jù)高速切削的要求，綜合考慮磨損、強度、剛度和精度等方面因素。超高速加工技術的相關技術Page452022年12月11日由于高速Page462022年12月12日⑴刀具材料

刀具材料主要以鍍膜的和未鍍膜的硬質合金、金屬陶瓷、氧化鋁基或氮化硅基陶瓷、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼為主。超高速加工技術的相關技術Page462022年12月11日⑴刀具材料

超主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；超高速加工技術的相關技術超高速加工技術的相關技術采用適宜的鍍膜可成倍地提高刀具的使用壽命。高單位時間切除率，降低加工成本圖高速切削的加工中心結構示意面向高速切削的切削機床混凝土聚合物床身框架這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。隨著數(shù)控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的應用，使機械加工的輔助工時大大縮短。缺點是需備有一個輔助的加力裝置。二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。右圖是一臺高速切割的加工中心，其X、Y、Z三軸的移動部件的質量均較傳統(tǒng)的結構為輕，且均采用直線電機驅動。加工過程極為迅速，95％以上的切削熱來不及傳給工件，而被切削迅速帶走，零件不會因為溫升導致彎翹和膨脹變形傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件近幾年出現(xiàn)了直線電機驅動系統(tǒng)。Page472022年12月12日

刀具的發(fā)展主要集中在如下兩方面：一是研制新的鍍膜材料和鍍膜方法以提高刀具的抗磨損性。采用適宜的鍍膜可成倍地提高刀具的使用壽命。此外，刀具材料與工件材料相適應也是提高刀具壽命的重要因素。

超高速加工技術的相關技術主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；PagPage482022年12月12日

另一個發(fā)展方面是開發(fā)新型的高速切削刀具，特別是那些形狀比較復雜的刀具。有的刀具工廠在1997年漢諾威的世界機床博覽會上已展出了聚晶立方氮化硼制成的麻花鉆。形狀更為復雜的聚晶金剛石刀具仍在研究中。超高速加工技術的相關技術Page482022年12月11日超高速加工Page492022年12月12日面向高速切削的切削刀具特點：“三高一?！保锤咝?、高精度、高可靠性和專用化

在基體上焊接刀片（材料CBN，PCD）的HSC刀具以高強度鋁合金做基體的HSC端面銑刀帶內部冷卻的鉆頭超高速加工技術的相關技術Page492022年12月11日面向高速切削的切削刀Page502022年12月12日⑵刀柄結構

刀柄結構是高速切削時的一個關鍵件，主要體現(xiàn)在它傳遞機床精度和切削力的作用。超高速加工技術的相關技術Page502022年12月11日⑵刀柄結構

超高Page512022年12月12日

高速切動時既要保證加工精度，又要保證很高的生產(chǎn)效率，所以高速切削時刀柄須滿足下列要求：l)很高的幾何精度和裝夾重復精度；2)很高的裝夾剛度；3)高速運轉時安全可靠。超高速加工技術的相關技術Page512022年12月11日高速切動時Page522022年12月12日

刀柄與主軸的聯(lián)接在大多數(shù)高速切削機床上以圖所示的圓錐空心柄（HSK）為主。圖HSK型刀柄及其聯(lián)結結構超高速加工技術的相關技術Page522022年12月11日刀柄與主軸Page532022年12月12日

它以其端面及1：10錐度的空心錐套作雙重定位，與以往常用的7：24錐柄相比，有如下優(yōu)點：

1)重量減少約50％；

2)重復使用時裝夾和定位精度高；

3)剛度高，并可傳送大的轉矩；

4)裝夾力隨轉速升高而加大。超高速加工技術的相關技術Page532022年12月11日它以其端Page542022年12月12日⑶接裝刀具的模塊常用的錐形夾頭靈活性好，適用于不同的刀具直徑，缺點是可傳遞的扭矩有限且裝夾精度很低。提高裝夾精度和剛度需采用其他方法，目前常用的有收縮夾頭、液壓膨脹夾頭和力膨脹夾頭。超高速加工技術的相關技術Page542022年12月11日⑶接裝刀具的模塊超Page552022年12月12日

收縮夾頭利用材料熱脹冷縮的原理，把刀具裝人刀柄時，先用輔助系統(tǒng)把刀柄孔加熱，使之膨脹，待刀具插入刀柄后進行冷卻，刀具就被穩(wěn)當?shù)貖A持在刀柄內。這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。缺點是操作不便，每次裝夾須對刀柄進行加熱和冷卻，易引起刀柄的熱疲勞和變形。超高速加工技術的相關技術Page552022年12月11日收縮夾頭Page562022年12月12日

液壓控脹夾頭的原理，在刀柄孔的周圍是一個液壓腔，刀具插入刀柄后，用螺栓推動油腔頂部的活塞使刀柄孔內結膨脹，從而夾緊刀具。其優(yōu)點是精度高，剛性大，操作方便。缺點是對刀具的尺寸公差要求較嚴，過松時，可能達不到應有的夾持力。超高速加工技術的相關技術Page562022年12月11日液壓控脹(3)運動部件輕量化和伺服進給控制精密化超高速加工技術的相關技術超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削提高裝夾精度和剛度需采用其他方法，目前常用的有收縮夾頭、液壓膨脹夾頭和力膨脹夾頭。高速切削切削力可降低30％Z滑臺：鋼－CFK三明治體目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。鉆削：200～1100

m/min；1976年美國首次推出有級超高速銑床，最高轉速達20000r/min，功率15kw。超高速加工技術的相關技術面向高速切削的切削機床超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。右圖是一臺高速切割的加工中心，其X、Y、Z三軸的移動部件的質量均較傳統(tǒng)的結構為輕，且均采用直線電機驅動。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形近幾年出現(xiàn)了直線電機驅動系統(tǒng)。超高速加工技術是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設備，以極大地提高切削速度來達到提高切除率、加工精度和加工質量的現(xiàn)代制造加工技術。Page572022年12月12日

力膨脹夾頭的原理如下圖所示。刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。這種夾頭的優(yōu)點在于裝夾精度高，操作簡單，結構緊湊，造價較低。缺點是需備有一個輔助的加力裝置。超高速加工技術的相關技術(3)運動部件輕量化和伺服進給控制精密化Page572Page582022年12月12日(a)夾頭孔制成三棱(b)受力后夾頭孔呈圓形

圖力膨脹夾頭(TRIBOS刀具夾頭)超高速加工技術的相關技術Page582022年12月11日(a)夾頭孔制成三Page592022年12月12日面向高速切削的切削機床HALLERHILLESpecht500L高速銑床（EMO1997）

焊接的鋼機架直線電機進給驅動

Z滑臺：鋼－CFK三明治體箱中箱結構全封閉結構刀卡：HSK63

最大進給：100m/min

主軸轉速：24.000r/min

加速度：20m/s2Page592022年12月11日面向高速切削的切削機Page602022年12月12日面向高速切削的切削機床用于航空航天業(yè)的ACM高速加工中心（METAV1998）5軸聯(lián)動高速切削切削輕金屬和鈦合金水平裝卡垂直加工，便于排屑Page602022年12月11日面向高速切削的切削機Page612022年12月12日面向高速切削的切削機床用于模具制造的DROOP&REIN加工中心

框架結構加工板材沖壓模具單件小批量生產(chǎn)主軸轉速：15.000r/min

難加工材料加工Page612022年12月11日面向高速切削的切削機Page622022年12月12日面向高速切削的切削機床用于模具制造的MIKROMAT高速銑床

高抗熱礦物鑄鐵（Mineralguss）床身模塊化構造高速電機主軸：60.000r/min

進給速度24m/min

刀卡：HSK63Page622022年12月11日面向高速切削的切削機Page632022年12月12日面向高速切削的切削機床高速銑削典型工件鋁合金整體零件：

整體零件“掏空”，切除量大零件有薄壁，要求小切削力小直徑刀具較長的刀具懸伸Page632022年12月11日面向高速切削的切削機Page642022年12月12日面向高速切削的切削機床高速銑削性能測試標準零件Page642022年12月11日面向高速切削的切削機Page652022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。在超高速磨削技術方面，德國領先，日本后來巨上，美國則在奮起直追。目前發(fā)達國家，工業(yè)上應用磨削速度已達到150－250m/s,實驗室中達到400/s。我國在這一領域與國外差距巨大，工業(yè)上應用的磨削速度還未達到100m/s，實驗室中才為250m/s。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page652022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page662022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展趨勢 超高速加工技術的發(fā)展趨勢應符合加工中心或柔性制造技術的發(fā)展方向，即高效高速化、實用廉價化、多功能復合化，最主要的是高效高速化方向。

超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page662022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page672022年12月12日高速切削的特征提高加工表面質量行距行距實際輪廓要求輪廓加工余量行距來源：PTW超高速加工技術的特征Page672022年12月11日高速切削的特征提高加Page682022年12月12日超高速加工技術的機理切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形加工過程極為迅速，95％以上的切削熱來不及傳給工件，而被切削迅速帶走，零件不會因為溫升導致彎翹和膨脹變形Page682022年12月11日超高速加工技術的機理Page692022年12月12日高速切削的應用領域

模具制造業(yè)：型腔加工同樣有很大的金屬切除量，過去一直為電加工所壟斷，其加工效率低。以前為電加工后再進行拋光加工。圖超高速加工技術的應用Page692022年12月11日高速切削的應用領域Page702022年12月12日

高速主軸必須裝在結構能適應高速切削的機床上，才能充分發(fā)揮高速切削的眾多優(yōu)點。這就要求高速切削機床具有很高的進給速度，并在很高速下仍有高的定位精度。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的相關技術1.高速切削機床結構Page702022年12月11日高速主軸必Page712022年12月12日

高速主軸必須裝在結構能適應高速切削的機床上，才能充分發(fā)揮高速切削的眾多優(yōu)點。這就要求高速切削機床具有很高的進給速度，并在很高速下仍有高的定位精度。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的相關技術1.高速切削機床結構Page712022年12月11日高速主軸必進給速度24m/minZ滑臺：鋼－CFK三明治體超高速加工技術的機理及特征20世紀30年代德國物理學家提出高速加工的理論高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性。切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形右圖是美國Ingersoll公司為英國BritishAerospace公司提供的大型高速型面銑床。高激勵頻率，避免自激振蕩超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削力膨脹夾頭的原理如下圖所示。另一個發(fā)展方面是開發(fā)新型的高速切削刀具，特別是那些形狀比較復雜的刀具?；炷辆酆衔锎采砜蚣艹咚偌庸ぜ夹g的相關技術超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。3－三相繞組4－直線行程測量系統(tǒng)超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削刀柄結構是高速切削時的一個關鍵件，主要體現(xiàn)在它傳遞機床精度和切削力的作用。Page722022年12月12日面向高速切削的切削機床用于模具制造的MIKROMAT高速銑床

高抗熱礦物鑄鐵（Mineralguss）床身模塊化構造高速電機主軸：60.000r/min

進給速度24m/min

刀卡：HSK63進給速度24m/minPage722022年12月1Page732022年12月12日超高速加工技術的歷史背景20世紀50年代，美國麻省理工學院發(fā)明的數(shù)控技術被稱為現(xiàn)代制造技術的開端80年代，工業(yè)發(fā)達國家數(shù)控化率已高達70－80％。隨著數(shù)控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的應用，使機械加工的輔助工時大大縮短。在這種情況下，輔助工時在生產(chǎn)過程中占的比重已經(jīng)較小，所以不能通過一味的減小輔助工時來提高生產(chǎn)率。而切削工時占了總工時的主要部分，成為主要矛盾，只有大幅減少切削工時，提高切削速度和進給速度等，才能大幅提高生產(chǎn)率。概述Page12022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page742022年12月12日超高速加工技術的歷史背景圖不同年代切削加工的制造時間及費用的變化圖概述Page22022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page752022年12月12日超高速加工技術的歷史背景1995年，米蘭國際機床博覽會以來，高速化是每次國際性機床博覽會一個突出的主題。超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。數(shù)控技術是現(xiàn)代制造技術的第一個里程碑，那么超高速加工技術就是第二個高速超高速加工、精密超精密加工、高能束加工和自動化加工成了當今四大先進加工技術概述Page32022年12月11日超高速加工技術的歷史背Page762022年12月12日超高速加工技術的內涵和范圍超高速加工技術是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設備，以極大地提高切削速度來達到提高切除率、加工精度和加工質量的現(xiàn)代制造加工技術。概述Page42022年12月11日超高速加工技術的內涵和Page772022年12月12日內涵

高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。一般認為應是常規(guī)切削速度的5～10倍。高速切削的速度范圍與加工方法和工件材料密切相關。HSC ＝ High-Speed-CuttingHSM ＝ High-Speed-Machining概述Page52022年12月11日內涵高速切削是Page782022年12月12日范圍高速范圍與加工材料密切相關來源：PTW概述Page62022年12月11日范圍高速范圍與加工材料Page792022年12月12日范圍高速范圍與加工方法密切相關車削：700～7000

m/min；銑削：300～6000

m/min；鉆削：200～1100

m/min；磨削：150m/s以上。

例如：在切削灰鑄鐵時，1000m/min以上才是高速車削，而400m/min就定義為高速鉆削。概述Page72022年12月11日范圍高速范圍與加工方法Page802022年12月12日目前定位的超高速切削的指標： 保證加工精度和加工質量的前提下，將通常切削速度加工的加工時間減少90％，同時將加工費用減少50％概述Page82022年12月11日目前定位的超高速切削的Page812022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削1976年美國首次推出有級超高速銑床，最高轉速達20000r/min，功率15kw。此后，法國、德國也開始了超高速加工技術的研究。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page92022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)Page822022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－切削我國在超高速加工的關鍵領域也做了一定的研究，但與國外相比，有較大的差距。主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；而國外，采用滾珠絲杠的進給系統(tǒng)，快速進給速度達到40－60m，采用直線電機的進給系統(tǒng)中，快速進給可達160m。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page102022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page832022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。在超高速磨削技術方面，德國領先，日本后來巨上，美國則在奮起直追。目前發(fā)達國家，工業(yè)上應用磨削速度已達到150－250m/s,實驗室中達到400/s。我國在這一領域與國外差距巨大，工業(yè)上應用的磨削速度還未達到100m/s，實驗室中才為250m/s。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page112022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page842022年12月12日超高速加工技術的發(fā)展趨勢 超高速加工技術的發(fā)展趨勢應符合加工中心或柔性制造技術的發(fā)展方向，即高效高速化、實用廉價化、多功能復合化，最主要的是高效高速化方向。

超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢Page122022年12月11日超高速加工技術的發(fā)展Page852022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page132022年12月11日概述3.2超高速加Page862022年12月12日超高速切削示意圖20世紀30年代德國物理學家提出高速加工的理論

在切削速度達到一個臨界值時,切削溫度達到最大值,在這個臨界值之后的一個范圍內,切削速度增加,則切削溫度下降。超高速加工技術的機理Page142022年12月11日超高速切削示意圖20Page872022年12月12日新型刀具材料20世紀80年代以來，新型刀具材料的發(fā)展為高速切削的實際應用創(chuàng)造了條件。超高速加工技術的機理Page152022年12月11日新型刀具材料20世紀Page882022年12月12日超高速加工技術的特征

高單位時間切除率，降低加工成本

高加工表面質量，提高加工精度

低切削力，降低加工系統(tǒng)力變形

高激勵頻率，避免自激振蕩

切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形

減少后續(xù)工序，降低加工成本優(yōu)點Page162022年12月11日超高速加工技術的特征此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削進給速度隨切削速度的提高也可相應的提高5－10倍，這樣，單位時間材料的去除率可提高3－6倍，因而加工時間可縮減到1/3.由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。1－基座2、6－可移動銑頭及滑臺3、4－頂部輔助支承導軌5－工件安裝和夾壓臺7－主支承導軌及驅動系統(tǒng)我國在這一領域與國外差距巨大，工業(yè)上應用的磨削速度還未達到100m/s，實驗室中才為250m/s。超高速加工已經(jīng)成為20世紀末國際機械制造業(yè)最熱門的話題。其加工的典型零件：伺服閥、各種泵、電機的殼體、電機轉子、氣缸體等面向高速切削的切削機床切削熱大部分由切屑快速帶走高速切削是一個相對概念，是相對常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對工件進行切削。切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性。床身底面積為33m×15m，約有三層樓高，它主要用來加工大型鋁合金飛機零件。HALLERHILLESpecht500L高速銑床（EMO1997）零件有薄壁，要求小切削力超高速加工技術的相關技術力膨脹夾頭的原理如下圖所示。超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；Page892022年12月12日超高速加工技術的特征

高單位時間切除率，降低加工成本進給速度隨切削速度的提高也可相應的提高5－10倍，這樣，單位時間材料的去除率可提高3－6倍，因而加工時間可縮減到1/3.此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有Page902022年12月12日高速切削的特征提高單位時間的切除量，降低產(chǎn)品的制造時間（常規(guī)銑削）（高速銑削）后續(xù)工作精加工半精加工粗加工加工準備設計來源：BMW超高速加工技術的特征Page182022年12月11日高速切削的特征提高單Page912022年12月12日超高速加工技術的機理高加工表面質量，提高加工精度切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性。Page192022年12月11日超高速加工技術的機理Page922022年12月12日高速切削的特征提高加工表面質量行距行距實際輪廓要求輪廓加工余量行距來源：PTW超高速加工技術的特征Page202022年12月11日高速切削的特征提高加Page932022年12月12日超高速加工技術的特征低切削力，降低加工系統(tǒng)力變形高速切削切削力可降低30％Page212022年12月11日超高速加工技術的特征Page942022年12月12日超高速加工技術的機理切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形加工過程極為迅速，95％以上的切削熱來不及傳給工件，而被切削迅速帶走，零件不會因為溫升導致彎翹和膨脹變形Page222022年12月11日超高速加工技術的機理Page952022年12月12日高速切削的特征減少傳遞給工件的熱量

切屑和接觸面之間的接觸區(qū)域產(chǎn)生的高溫會導致溫度效應并降低工件材料變形的阻力剪切角增大切削熱大部分由切屑快速帶走避免積屑瘤的產(chǎn)生工件后刀面刀具前刀面接觸區(qū)高速切削的剪切角常規(guī)切削的剪切角超高速加工技術的特征Page232022年12月11日高速切削的特征減少傳Page962022年12月12日超高速加工技術的特征高激勵頻率，避免自激振蕩

減少后續(xù)工序，降低加工成本因為超高速加工的表面質量幾乎可以和磨削相比，可以直接作為最后一道精加工工序Page242022年12月11日超高速加工技術的特征Page972022年12月12日超高速加工技術的特征Page252022年12月11日超高速加工技術的特征Page982022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page262022年12月11日概述3.2超高速加這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。超高速加工技術的相關技術傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件超高速加工技術的相關技術直線電動機的基本構造與普通旋轉電機相似，如圖所示而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。一般認為應是常規(guī)切削速度的5～10倍。超高速加工技術的相關技術HALLERHILLESpecht500L高速銑床（EMO1997）超高速加工技術的相關技術高抗熱礦物鑄鐵（Mineralguss）床身高速范圍與加工材料密切相關(b)受力后夾頭孔呈圓形把電機的轉子部分直接與機床工作臺相連，從而消除了一切中間傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了直接驅動鉆削：200～1100

m/min；而國外，采用滾珠絲杠的進給系統(tǒng)，快速進給速度達到40－60m，采用直線電機的進給系統(tǒng)中，快速進給可達160m。Z滑臺：鋼－CFK三明治體超高速加工技術的相關技術刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。Page992022年12月12日高速切削的應用領域

航空航天工業(yè)輕合金的加工：模具制造業(yè)：

汽車工業(yè)：

難加工材料的加工（如：Ni基高溫合金和Ti合金）

纖維增強復合材料加工

精密零件加工薄壁易變形零件的加工超高速加工技術的應用這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。Page272022年Page1002022年12月12日

航空航天工業(yè)輕合金的加工：飛機上的零件通常采用“整體制造法”，其金屬切除量相當大（一般在70％以上），采用高速切削可以大大縮短切削時間。超高速加工技術的應用高速切削的應用領域Page282022年12月11日航空航天工業(yè)輕合金Page1012022年12月12日美國波音公司的F15戰(zhàn)斗機兩個方向舵之間的氣動減速板以前需要500多個零件裝配而成，制造一個需要交貨期為3個月；而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。超高速加工技術的應用Page292022年12月11日美國波音公司的F15Page1022022年12月12日高速切削的應用領域

模具制造業(yè)：型腔加工同樣有很大的金屬切除量，過去一直為電加工所壟斷，其加工效率低。以前為電加工后再進行拋光加工。圖超高速加工技術的應用Page302022年12月11日高速切削的應用領域Page1032022年12月12日高速切削的應用領域

汽車工業(yè)：對技術變化較快的汽車零件，采用高速加工。（過去多用組合機加工，柔性差）其加工的典型零件：伺服閥、各種泵、電機的殼體、電機轉子、氣缸體等超高速加工技術的應用Page312022年12月11日高速切削的應用領域Page1042022年12月12日高速切削的應用領域難加工材料的加工（如：Ni基高溫合金和Ti合金）

纖維增強復合材料加工

精密零件加工薄壁易變形零件的加工超高速加工技術的應用Page322022年12月11日高速切削的應用領域難Page1052022年12月12日概述超高速加工技術的機理及特征超高速加工技術的應用超高速加工技術的相關技術3.2超高速加工技術Page332022年12月11日概述3.2超高速加Page1062022年12月12日

高速主軸必須裝在結構能適應高速切削的機床上，才能充分發(fā)揮高速切削的眾多優(yōu)點。這就要求高速切削機床具有很高的進給速度，并在很高速下仍有高的定位精度。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。超高速加工技術的相關技術1.高速切削機床結構Page342022年12月11日高速主軸必Page1072022年12月12日

根據(jù)上述幾點要求，高速切削機床在90年代基本上從兩個方向上發(fā)展：一是在普通機床的基礎上對關鍵零部件進行改進。二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。超高速加工技術的相關技術Page352022年12月11日根據(jù)上述幾點Page1082022年12月12日面向高速切削的切削機床設計特征高速電機主軸直線電機（Z軸）混凝土聚合物床身框架焊接結構橫梁焊接結構XY工作臺直線電機驅動超高速加工技術的相關技術Page362022年12月11日面向高速切削的切削機目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。而現(xiàn)在應用高速切削技術直接在實體鋁合金毛坯上銑削加工出來交貨期只需要幾天時間。我國在超高速加工的關鍵領域也做了一定的研究，但與國外相比，有較大的差距。有的刀具工廠在1997年漢諾威的世界機床博覽會上已展出了聚晶立方氮化硼制成的麻花鉆。另一個發(fā)展方面是開發(fā)新型的高速切削刀具，特別是那些形狀比較復雜的刀具。超高速加工技術的相關技術超高速磨削的研究開始是在50、60年代，在80年代興起。2)重復使用時裝夾和定位精度高；超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢超高速加工技術的相關技術整體零件“掏空”，切除量大刀柄的孔呈三棱形，在裝夾刀具時，先用輔助裝置在三棱孔的三個頂點施加預先調整好的力，使刀柄孔變形成圓，然后把刀具插入刀柄，再除去變形外力，刀柄孔彈性回復，刀具就被夾持在孔內。銑削：300～6000

m/min；圖7-14大型高速型面銑床切削熱由切屑帶走，減少工件熱變形用于模具制造的MIKROMAT高速銑床超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削Z滑臺：鋼－CFK三明治體二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。它以其端面及1：10錐度的空心錐套作雙重定位，與以往常用的7：24錐柄相比，有如下優(yōu)點：Page1092022年12月12日⑴主軸系統(tǒng)傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件代之以寬調速交流變頻電機來實現(xiàn)數(shù)控機床主軸的變速，即采用無外殼電機，將其空心轉子直接套裝在機床主軸上，定子則安裝在主軸單元的殼體內，形成“電主軸”。實現(xiàn)變頻電機和機床主軸的一體化。超高速加工技術的相關技術目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法Page1102022年12月12日

圖超高速主軸的結構超高速加工技術的相關技術Page382022年12月11日Page1112022年12月12日⑵進給驅動系統(tǒng)高速化高速切削機床的滑臺驅動系統(tǒng)在90年代初多采用大導程滾珠絲杠傳動和增加伺服進給電機的轉速來實現(xiàn)的，一般進給速度可達60m/min左右。近幾年出現(xiàn)了直線電機驅動系統(tǒng)。由于它無間隙、慣性小、剛度較大而無磨損，通過控制電路可實現(xiàn)高速度和高精度驅動，在1997年進給速度已達120m/min超高速加工技術的相關技術Page392022年12月11日⑵進給驅動系統(tǒng)高速Page1122022年12月12日

直線電動機的基本構造與普通旋轉電機相似，如圖所示

圖直線電動機進給驅動系統(tǒng)1－導軌系統(tǒng)2－籠型繞組3－三相繞組4－直線行程測量系統(tǒng)超高速加工技術的相關技術Page402022年12月11日直線電動機Page1132022年12月12日

把電機的轉子部分直接與機床工作臺相連，從而消除了一切中間傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了直接驅動超高速加工技術的相關技術Page412022年12月11日 把電機的轉子部分直Page1142022年12月12日(3)運動部件輕量化和伺服進給控制精密化

右圖是一臺高速切割的加工中心，其X、Y、Z三軸的移動部件的質量均較傳統(tǒng)的結構為輕，且均采用直線電機驅動。

圖高速切削的加工中心結構示意超高速加工技術的相關技術Page422022年12月11日(3)運動部件輕量化Page1152022年12月12日

右圖是美國Ingersoll公司為英國BritishAerospace公司提供的大型高速型面銑床。床身底面積為33m×15m，約有三層樓高，它主要用來加工大型鋁合金飛機零件。圖7-14大型高速型面銑床1－基座2、6－可移動銑頭及滑臺3、4－頂部輔助支承導軌5－工件安裝和夾壓臺7－主支承導軌及驅動系統(tǒng)超高速加工技術的相關技術Page432022年12月11日右圖是美國Page1162022年12月12日2.高速切削的刀具系統(tǒng)高速切削時的一個主要問題是刀具磨損，與普通切削相比，高速切削時刀具與工件的接觸時間減少，接觸頗率增加，由此減少了切屑的皺褶，切削過程中產(chǎn)生的熱量更多地向刀具傳遞，磨損機理與普通切削有很大區(qū)別。

超高速加工技術的相關技術Page442022年12月11日2.高速切削的刀具系Page1172022年12月12日

由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。設計刀具時，必須根據(jù)高速切削的要求，綜合考慮磨損、強度、剛度和精度等方面因素。超高速加工技術的相關技術Page452022年12月11日由于高速Page1182022年12月12日⑴刀具材料

刀具材料主要以鍍膜的和未鍍膜的硬質合金、金屬陶瓷、氧化鋁基或氮化硅基陶瓷、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼為主。超高速加工技術的相關技術Page462022年12月11日⑴刀具材料

超主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；超高速加工技術的相關技術超高速加工技術的相關技術采用適宜的鍍膜可成倍地提高刀具的使用壽命。高單位時間切除率，降低加工成本圖高速切削的加工中心結構示意面向高速切削的切削機床混凝土聚合物床身框架這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。此外高速進給要靠很大的加速度來實現(xiàn)，所以高速切削機床不僅要有很高的靜剛度，還必須有很高的動剛度。隨著數(shù)控機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的應用，使機械加工的輔助工時大大縮短。缺點是需備有一個輔助的加力裝置。二是研制完全不同于普通機床的新型結構機床。20世紀80年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)。右圖是一臺高速切割的加工中心，其X、Y、Z三軸的移動部件的質量均較傳統(tǒng)的結構為輕，且均采用直線電機驅動。加工過程極為迅速，95％以上的切削熱來不及傳給工件，而被切削迅速帶走，零件不會因為溫升導致彎翹和膨脹變形傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳送方式已不能適應超高速運轉的條件近幾年出現(xiàn)了直線電機驅動系統(tǒng)。Page1192022年12月12日

刀具的發(fā)展主要集中在如下兩方面：一是研制新的鍍膜材料和鍍膜方法以提高刀具的抗磨損性。采用適宜的鍍膜可成倍地提高刀具的使用壽命。此外，刀具材料與工件材料相適應也是提高刀具壽命的重要因素。

超高速加工技術的相關技術主軸轉速在20000r以下，快速進給速度在30m以下；PagPage1202022年12月12日

另一個發(fā)展方面是開發(fā)新型的高速切削刀具，特別是那些形狀比較復雜的刀具。有的刀具工廠在1997年漢諾威的世界機床博覽會上已展出了聚晶立方氮化硼制成的麻花鉆。形狀更為復雜的聚晶金剛石刀具仍在研究中。超高速加工技術的相關技術Page482022年12月11日超高速加工Page1212022年12月12日面向高速切削的切削刀具特點：“三高一專”，即高效率、高精度、高可靠性和專用化

在基體上焊接刀片（材料CBN，PCD）的HSC刀具以高強度鋁合金做基體的HSC端面銑刀帶內部冷卻的鉆頭超高速加工技術的相關技術Page492022年12月11日面向高速切削的切削刀Page1222022年12月12日⑵刀柄結構

刀柄結構是高速切削時的一個關鍵件，主要體現(xiàn)在它傳遞機床精度和切削力的作用。超高速加工技術的相關技術Page502022年12月11日⑵刀柄結構

超高Page1232022年12月12日

高速切動時既要保證加工精度，又要保證很高的生產(chǎn)效率，所以高速切削時刀柄須滿足下列要求：l)很高的幾何精度和裝夾重復精度；2)很高的裝夾剛度；3)高速運轉時安全可靠。超高速加工技術的相關技術Page512022年12月11日高速切動時Page1242022年12月12日

刀柄與主軸的聯(lián)接在大多數(shù)高速切削機床上以圖所示的圓錐空心柄（HSK）為主。圖HSK型刀柄及其聯(lián)結結構超高速加工技術的相關技術Page522022年12月11日刀柄與主軸Page1252022年12月12日

它以其端面及1：10錐度的空心錐套作雙重定位，與以往常用的7：24錐柄相比，有如下優(yōu)點：

1)重量減少約50％；

2)重復使用時裝夾和定位精度高；

3)剛度高，并可傳送大的轉矩；

4)裝夾力隨轉速升高而加大。超高速加工技術的相關技術Page532022年12月11日它以其端Page1262022年12月12日⑶接裝刀具的模塊常用的錐形夾頭靈活性好，適用于不同的刀具直徑，缺點是可傳遞的扭矩有限且裝夾精度很低。提高裝夾精度和剛度需采用其他方法，目前常用的有收縮夾頭、液壓膨脹夾頭和力膨脹夾頭。超高速加工技術的相關技術Page542022年12月11日⑶接裝刀具的模塊超Page1272022年12月12日

收縮夾頭利用材料熱脹冷縮的原理，把刀具裝人刀柄時，先用輔助系統(tǒng)把刀柄孔加熱，使之膨脹，待刀具插入刀柄后進行冷卻，刀具就被穩(wěn)當?shù)貖A持在刀柄內。這種夾頭的優(yōu)點是精度高，剛性大。缺點是操作不便，每次裝夾須對刀柄進行加熱和冷卻，易引起刀柄的熱疲勞和變形。超高速加工技術的相關技術Page552022年12月11日收縮夾頭Page1282022年12月12日

液壓控脹夾頭的原理，在刀柄孔的周圍是一個液壓腔，刀具插入刀柄后，用螺栓推動油腔頂部的活塞使刀柄孔內結膨脹，從而夾緊刀具。其優(yōu)點是精度高，剛性大，操作方便。缺點是對刀具的尺寸公差要求較嚴，過松時，可能達不到應有的夾持力。超高速加工技術的相關技術Page562022年12月11日液壓控脹(3)運動部件輕量化和伺服進給控制精密化超高速加工技術的相關技術超高速加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀－磨削提高裝夾精度和剛度需采用其他方法，目前常用的有收縮夾頭、液壓膨脹夾頭和力膨脹夾頭。高速切削切削力可降低30％Z滑臺：鋼－CFK三明治體目前，日本在超高速機床的研究和開發(fā)領域已躍居世界領先地位，法國、瑞士、英國、意大利、澳大利亞等國也做了大量的工作。由于高速切削時離心力和振動的影響，刀具必須具有良好的平衡狀態(tài)和安全性能。鉆削：200～1100

m/min；1976年美國首次推出有級超高速銑床，最高轉速達20000r/min，功率15kw。超高速加工技術