下载文档原格式
说明：绿色内容为后加入的，尚未加入到课件PPT中。
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。
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。
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。
