毕业论文超高速切削技术及其应用.doc

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1、 毕业设计（毕业论文）系 别： 机电工程系 专 业： 班 级： 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目： 超高速切削技术及其应用 指 导 教 师： 设 计 地 点： 常州信息职业技术学院起 迄 日 期：2006.07.312006.08. 28 毕业设计（论文）任务书专业 班级 姓名 一、课题名称： 超高速切削技术及其应用 二、主要技术指标：超高速切削技术，是以比常规高10倍左右对零件进行切削加工的一项先进制造技术。当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍后，单位功率的金属切除率可提高30%-40%，切削力降低30%，刀具的切削寿命提高70%，留于工件的切削热大幅度降低，切削振动

2、几乎消失；切削加工发生了本质性的飞跃。 三、工作内容和要求：1.运用所学专业知识分析论文题目的主题思想 2.充分阅读相关资料文献并撰写论文提纲 3.对资料进行分析筛选，绘制论文中必要的图表 4.将资料图表整理成文，做到层次清晰结构严谨，完成毕业论文报告 要求：通过撰写毕业论文我们能够学会如何运用所学知识去分析问题，学会查阅学习资料，并能够将它运用到论文中，基本掌学术性论文的写作方法。 四、主要参考文献：席俊杰，徐颖.高速切削技术的发展及应用J.制造业自动化,2005,第12期:2627,62苏发,李文双,孙洪江,胡金平.超高速切削加工及其关键技术J.煤矿机械,2004,第7期:8182张伯霖,

3、谢影明,肖曙红.超高速切削的原理与应用J.中国机械工程,1995,第6卷第1期:17 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）一、选题的背景和意义：超高速切削技术是当今世界先进制造技术领域的发展方向之一。跟踪国际先进技术，研究开发我国的超高速切削机床将对我国机械制造工业的发展具有不可低估的作用。该项新技术始于八十年代初期，美、德、法等国处于领先地位，英、日、瑞士等国亦追踪而上，至八十年代后期，在上述国家里已形成了新兴的产业，年产值已达数十亿美元，并正在逐年上升。近悉我国台

4、湾省亦已起步，但大陆尚属空白。同济大学现代制造技术研究所已与德国Darmstadt大学建立了项目合作关系，并获得了初步成果。按目前看，工业发达国家的航空，汽车、动力机械、模具、轴承、机床等行业首先受惠于该项新技术，使上述行业的产品质量明显提高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势。二、课题研究的主要内容： 1. 超高速切削加工概念及特点 2. 超高速切削技术的发展3. 超高速切削的技术关键及目前解决方案4. 超高速切削技术的应用 5. 超高速切削技术的发展前景三、主要研究（设计）方法论述：、通过搜集大量论文相关资料，并将它们消化吸收，把握论文所要阐述的主要内容。接着对所阅读的资料做进一步的筛选，

5、提炼出中心思想。撰写论文提纲，勾画论文的整体框架。运用所学到的知识对课题做必要的论述，添加必要的图表示例完成毕业论文的撰写。四、设计（论文）进度安排：时 间工 作 内 容7.318.3运用所学知识对论文进行分析并撰写提纲8.48.6搜集毕业论文所需资料8.78.9消化所搜集到的论文资料8.108.12对搜集到的资料进行筛选整理8.138.15完成摘要前言及英文翻译绘制论文所需图表8.168.18撰写毕业论文正文8.198.21编写目录并撰写谢辞完善毕业论文8.228.24完成毕业论文初稿并交给老师审阅8.258.27对论文初稿进行修改完成二稿8.28打印已完成的毕业论文五、指导教师意见： 指导

6、教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日毕业设计报告（论文）的撰写 一篇完整的毕业设计报告或毕业论文应由：题名（标题）、目录、摘要（中外文）、引言（前言）、正文、结论、谢辞、参考文献和附录等几部分构成。一、毕业设计报告撰写的内容与要求 1标题：设计课题名称，要求简洁、确切。标题的字数一般不超过20个字。2目录3摘要：应扼要叙述本设计的主要内容、设计的成果及特点，文字要简练。中文摘要约300字左右；对于申请优秀论文答辩的学生原则上还需要将中文摘要翻译成外文。通常在毕业设计报告全文完成后再写摘要。4前言：应说明本设计的目的、意义、范围及应达到的技术性能与要求；简述本课题的省内

7、、国内发展现状及存在的问题；本设计的指导思想、技术路线；阐述本设计应解决的主要问题。5正文： （1）设计方案论证：应说明设计原理和方法，并进行方案选择的过程，多种方案的比较分析；还应阐述所采用方案的特点（如：采用了何种新技术、新对策、提高了什么性能等）。 （2）计算部分：这部分在设计报告中应占相当的比例。具体包括：计算项目、相关理论、计算方法、公式推导、计算过程、数据结果、元器件选择等。 （3）设计部分：这也是设计报告的重要组成部分。写出具体实现设计任务的全过程，大体有：设计方案，具体内容，设计成果。可结合设计的有关图纸叙述； （4）样机或试件的各种实验及测试情况：主要包括实验方法、测试数据及

8、分析处理等。 （5）方案的校验：说明所设计的系统是否满足各项性能指标的要求，能否达到预期效果。校验的方法可以是理论分析（即反推算），包括系统分析；也可以是实验测试及计算机的上机运算等。6结论：概括说明本设计的情况和价值，分析其优点、特色，有何创新，性能达到何水平，并指出其中存在的问题和今后的改进方向，特别是对设计中遇到的重要问题要重点指出并加以研究。7谢辞：简述自己通过本设计的体会，并对指导教师和协助完成设计的有关人员表示谢意。8参考文献与附录：在报告的谢辞之后，应列出主要参考文献。并将各种篇幅较大的图纸、数据表格、计算机程序等附于报告之后。毕业设计报告字数为0.81.0万字。二、毕业论文撰写

9、的内容与要求 1标题：标题应该简短、明确，要有概括性。让人看后能大致了解文章的确切内容、专业的特点和研究的范畴。标题的字数要适当，一般不宜超过20字。2目录3摘要：也称内容提要，应当以浓缩的形式概括本研究课题的主要内容、方法和观点，以及取得的主要成果和结论，应反映整个论文的精华。中文摘要约300字左右为宜；对于优秀论文答辩的学生原则上还需要将中文摘要翻译成外文。摘要一般在毕业论文全文完成后再写。要求陈述客观，重点突出，简明扼要，语句精练，独具风采。4前言：这是全篇论文的开场白。它包括：选题的缘由及意义；对本课题现有研究情况的评述；说明所要解决的问题和采用的相关理论与方法；概述研究的论点、论据和

10、所获成果。作为摘要和前言，虽然所写的内容大体相同，但仍有很大区别。主要在于：摘要一般要写得高度概括、简略，前言则可以稍微具体些；摘要内某些内容，如结论意见，可以作为笼统表达，而前言中所有的内容则必须明确表达；摘要不写选题的缘由，前言则应明确反映；在文字量上一般情况是前言多于摘要。5、正文正文是作者对自己所研究课题的详细表述。毕业论文的正文应写成“问题研究（研讨）型”，即运用学过的专业理论知识去分析、解决社会现实生活或个人实际工作中的具体问题。既有一定的理论深度，又能将实际研究课题与所学专业知识有机联系，侧重于理论应用的文体类型。但不宜将正文写成“调查报告型”、“工作总结型”的文体。如果有条件的

11、话，也可写成“理论研究型”，即对有价值的理论问题进行有一定深度的探讨、论证、辨析后，提出新看法或新观点，侧重于带有学术研究的类型。正文的写作步骤与要求： （1）立提纲：深入思考论文所定题目的主题思想。在充分阅读资料文献的基础上，起草论文提纲。通常要经过多次推敲，反复修改才能建立全篇的结构，按照内容理清思路，确定格局，做到层次清晰，结构严谨。提纲可列得详细一些，即把主要内容也写出的细纲。提纲需经指导教师审阅并通过后，才能写初稿。 （2）写初稿：根据提纲全面展开，论述主题内容包括：研究工作的基本前提、条件范围、理论基础；课题研究的方法与手段通常有以下两种方法：用理论推导的手段和方法达到研究的目的。

12、这方面内容一定要精心组织，做到概念准确，判断推理符合客观事物的发展规律，符合人们对客观事物的认识习惯与程序。换言之，要做到言之有序，言之有理，言之有物。以论点为中枢，组织成完整而严谨的内容整体；用调查研究的方法达到研究的目的。调查目标、对象、范围、时间、地点、调查的过程和方法等，这些内容与研究的最终结果有关系，但不是结果本身。所以，一定要简述。但对调查所提的样本、数据、新的发现等则应详细说明，这是产生结论的依据。若写得抽象、简单，结论就立之不牢，分析就难以置信，写作中应特别予以重视。结果与讨论分析是全文的心脏。在写作时，应对研究成果精心筛选，把那些必要而充分的数据、现象、认识等写进去，作为分析

13、的依据，应尽量避免把所得结果和盘托出。在对结果做定性和定量分析时，应说明数据的处理方法以及误差分析；交代理论推导的由来，恰当运用图或表的表达方式。 （3）二稿：初稿写成后交指导教师审阅，并提出评语和修改意见。根据指导教师的修改意见再写第二稿。 （4）定稿6、结论：这是对整个研究工作进行归纳和综合而得出的总结：它集中反映作者的研究成果，表达作者对所研究课题的见解和主张，是全文的思想精髓，是论文的水平及价值的体现。要求写得概括、明确、措辞严密、容易领会；要实事求是地介绍自己的研究成果，属于他人的结论不可写；同时也切忌言过其实。7、谢辞：在论文的结尾处，以简短文字，对课题研究与写作过程中曾给予直接帮

14、助的人员，如指导教师及其他人员，表示自己的谢意。8、参考文献与附录：这是毕业论文不可缺少的组成部分。它反映毕业论文的取材来源、材料的广博程度及可靠程度。一份完整的参考文献也是向读者提供的一份有价值的信息资料。引用参考文献时，必须注意写法的规范性。毕业论文的字数不少于1万字。 必须提醒的是：不管在报告或论文的哪一部分，采用到前人的观点、方法、结论、成果时，都必须注明其来源。一般的做法是将前人的相关论文或资料编入参考文献，然后在你引用的文字处加上该参考文献的编码即可，如不这样做，就有抄袭、剽窃、侵权之嫌。 三、毕业设计（论文）格式要求 1报告（论文）封面要求使用学院统一印制的封面格式，内页用学院统

15、一印制的“毕业设计（论文）报告用纸”计量单位以国际单位制（SI）为基础；注释用页末注，即把注文放在加注处一页的下端；公式、图表应按顺序编号，并与正文对应。2图纸尺寸按国家标准，图面整洁、布局合理、线条粗细均匀、圆弧连接光滑、尺寸标注规范、文字注释用工程字书写，图表须按规定要求或工程要求绘制。 3报告或论文排版格式：第一层次（章）题序和标题用小三号黑体字；第二层次（节）题序和标题用四号黑体字；第三层次（条）题序和标题用小四号黑体字；正文用宋体小四号（英文用新罗马体12号）；报告页面设置注意装订线，页码一律用小5号字标明；正文采用单倍行距，标准字符间距，16开稿纸并打印提交。4参考文献格式科技书籍

16、和专著：编著者.译者.书名M（文集用C）.版本.出版地：出版者，出版年.页码科技论文：作者.篇名J.刊名，出版年，卷号（期号）：页码 作者.篇名.*单位博（硕）论文，年.超高速切削加工技术及其应用的研究目录0前言101超高速切削概念、内容及特点1111 超高速切削概念1112 超高速切削的研究内容1113 超高速切削特点122. 超高速切削的技术体系 133 超高速切削的技术关键及目前解决方案1331超高速切削的技术关键1332超高速切削关键技术解决方案15（1）超高速切削机床15（2）超高速切削刀具17（3）CADCAM17（4）超高速切削的数控编程174 超高速切削加工技术的应用174.1

17、 超高速切削在航空航天工业中的应用174.2 超高速切削在纤维增强塑料中的应用184.3 超高速切削在模具制造业中的应用184.4 超高速切削在汽车制造业中的应用185. 超高速切削加工技术的发展前景与展望186. 答谢辞207. 参考文献20超高速切削加工技术及其应用摘要：高速切削加工技术是一种用比常规切削高得多的切削速度进行切削加工的高效新技术，高速切削加工可用于加工有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料等，还可以用于切削加工各种难加工材料现在，高速切削技术已渐趋成熟，并开始在制造领域中大显身手。高速机床的单元技术和整机水平正在逐步提高。技术基础雄厚的机床厂推出了多种高速、高精度的机床产品，

18、并且在航空航天制造、汽车工业和模具制造、轻工产品制造等重要工业领域创造了惊人的效益。高速切削技术和高速加工机床越来越多地受到工业部门的青睐。关键词：超高速切削 切削刀具 切削机床Ultrahigh speed cutting technology and its applicationAbstract: The high speed slices to pare processing technology is a kind of use to compare the normal regulations to slice to pare high have to have another o

19、f slice and pare the speed carry on slice to pare to process of efficiently and lately technique, the high speed slice to pare to process and can used for processing the color metals, iron casting, the steel, fiber enhance compound material etc., can also used for slice to pare to process various di

20、fficult process the material. now, the high speed slice to pare the technique already gradually mature, and start in make realm show the artistic skill greatly.Unit technique and the whole machine levels of the high-speed tool machine are raising gradually.The strong tool machine factory of the tech

21、nique foundation released the tool machine product of various high speed, high accuracy, and in the aviation aerospace manufacturing, the automobile industry and the molding tool manufacturings, the light work product made the important industry realm of etc. to create the astonishing performance.Th

22、e high speed slices to pare the technique and high speeds to process the favor that the tool machine is subjected to the industry section more and more.Key words: Ultra high speed cutting Cutting tool Machine tools0前言超高速切削(High Speed Cutting)以下简称HSC技术是国际上7080年代以来迅速发展起来的一项先进的机械加工技术，它是在机床结构材料、刀具材料、机床设

23、计制造技术、计算机控制技术、测量测试技术等飞速发展的基础上， 由机械加工自身的发展规律和需要产生和发展的。由于HSC的特殊规律，它具有切削速度高、进给速度大，加工效率高、加工成本低、加工精度高等一系列优点，是一项极有前途的新技术。近十年来，由于计算机控制技术、CADCAM、FMS、CLMS技术在机械加工中大量应用，生产加工中的辅助时间得以大量节约，在总加工时间中所占的比例愈来愈小，而切削加工时间所占的比重相应地增大，因此要进一步提高加工效益，势必要把降低切削加工时间，亦即提高切削速度列入议程。这样，随着工业技术的发展，发展和应用超高速切削技术显得十分重要，与此相对应，对超高速机床的需求量也逐年

24、提高。据估计，超高速机床的世界市场需求量每年为七亿美元，且每年按数亿美元的速度增长。在我国， 目前航空工业急需配置超高速铣床(整体壁板铣床)。此外，根据调查，目前我国模具制造行业(火花集团)迫切需要超高速机床， 由于尚无这方面的技术和装备，每年约有数亿美元的模具制造业务不能承接。其它行业的潜在需求量也相当之大。正因为如此，德国法兰克福Bettle研究所1988年在关于机床工业发展前景的研究报告中指出，超高速切削加工隐藏着巨大的发展潜力，机床工业界要使自己在尖端加工技术方面所花的投资转化为竞争力，就应在实际中加倍重视超高速加工。目前国际上对HSC技术的研究正方兴未艾，有关HSC机理的研究也在不断

25、进行，HSC机床也不断推出， 并在实际运用中产生了巨大的经济效益。1超高速切削概念、内容及特点11 超高速切削概念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。超高速加工是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。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，超高速加工各种材料的切削速度范围为：铝合金已超过1600mmin，铸铁为1500mmin，超耐热镍合金达300mmin，钛

26、合金达1501000mmin，纤维增强塑料为2OO09000mmin。各种切削工艺的切速范围为：车削7007000mmin，铣削3006000mmin，钻削2001100mmin，磨削250ms以上等等。12超高速切削的研究内容(1)超高速切削机理研究。对超高速切削加工过程、各种切削现象、各种被加工材料的超高速切削性能以及超高速切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

27、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。(5)高速CNC控制系统：超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。(6)超高速加工在线检测与控制技术研究。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

28、等功能部位和驱动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糖度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。13 超高速切削特点待添加的隐藏文字内容3高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个数量级，其切削机理异于常规切削。由于切削机理的改变，使得高速切削技术具有如下特点：(1)切削力小由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，从而使切削力比常规切削降低30 以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。(2)工件热变形小在高速切削时，90以上的切削热来

29、不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件积累热量少，工件温升不会超过3 ，基本保持冷态，不会由于温升导致热变形，特别适合于Jam细长易热变的工件。(3)材料切除率高随切削速度的提高，进给速度也相应提高510倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的36倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。在2001年德国汉诺威举办的欧洲机床展览会(EMO)上展出的荷兰Unisign公司制造的Unipro-5型五轴立式加工中心(X行程1000 mm、Y行程800mm)，电主轴功率100kW，最高转速25，000rmin，最大扭矩90Nm

30、，其铣削铝合金的材料切除率已达8,00010，000cm min。(4)工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超出了“机床一刀具一工件”工艺系统的固有频率范围(50300Hz)，使得加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切U；tl工获得的表面质量常可达磨削水平，因此常可省去铣削后的精加工工序。例如，瑞士DIXI机械公司生产的DHP50高精度卧式加工中心，工作台500500mm，双托盘，行程为700700700mm，主轴转速为12，000rmin，功率为25kw，刀库容量65把，换刀时间4s(T-T)，6s(C-C)，定位精度4gm，重复

31、定位精度2Bm(按ISO2302g准)，测量分辨率05btm。高速切削尤其适合于光学等领域的加工。(5)可加工难加工材料难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材料。例如，航空制造业中大量采用的镍基合金、钛合金材料强度大、硬度高、耐冲击、易加工硬化，切削温度高，刀具磨损严重，在常规切削中一般采用很低的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可提高到10o1000mmin，不但能大幅度提高机床生产率，而且能有效减少刀具磨损，提高工件表面加工质量。(6)高速干切削可

32、以实现加工过程的绿色制造高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法，是对传统切削方式的一种技术创新。它相对于湿切削而言，是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺，它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。目前，能实现高速干切削的工件材料有铸铁、铝合金、滚动轴承钢等。2.超高速切削的技术体系超高速切削技术是一项综合性高技术，按其内容、特点和相互关系可分为技术原理、基础技术、单元技术和总体技术4个层次，见图1。其中技术原理是通过超高速切削、磨削实验和 理论分析所揭示出的加工机理，加工过程的变形、力、温度、摩擦和磨损规律，超高速条件 下加工系统各部分的稳定性、可靠性及弹性扩展

33、特性分析。为超高速切削技术提出基本要求 和提供实验与理论依据。基础技术和单元技术是实现超高速切削的关键所在，包括材料技术 ，构件、元件及部件的设计和制造技术，控制和监测方法。应用了许多技术领域(如机械、 电气、轴承、控制等)的最新成果，集中体现了超高速切削技术高性能、高精度、高可靠性 和高速度的特点。超高速切削的总体技术是各单元技术按应用特征和技术性能的进一步集成 。图1超高速切削技术体系3超高速切削的技术关键及目前解决方案31超高速切削的技术关键(1)超高速切削机理在超高速切削机理研究方面，特别需要进行的工作是：通过对各种材料的超高速切削加工机理、各种新型刀具的超高速加工性能以及超高速切削工

34、艺参数优化的系统性研究，将实验研究与计算机仿真方法相结合，最终建立完善的基础理论体系和加工工艺参数数据库，还要利用虚拟现实技术，开发超高速切削的计算机动画、视觉及预测仿真软件，以揭示超高速切削的内在规律。(2)超高速主轴单元制造技术目前，超高速加工机床的主轴的变速范嗣完全由新型的变频调速交流主轴电机来实现，并电机和机床主轴合二为一，构成“电主轴”。在高速主轴部件上必须采用高速精密轴承。现在有2种适宜用于超高速运转的新型轴承一陶瓷滚动轴承和磁浮轴承。(3)超高速加工进给单元制造技术目前，高速加工中心和NC铣床工作台的进给速度和快速空行程速度都已很高，因而对进给部件的动态特性提出了非常高的要求。其

35、主要措施是大幅度减轻移动部件重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，有的甚至采用了直线电机，省去了中间传动件。(4)超高速加工用刀具超高速切削刀具是实现超高速加工的关键技术之一。超高速加工用刀具单元技术所涉及的关键技术主要有：超高速加工用刀具材料及制备技术，超高速加工用刀具结构及刀具几何参数的研究等。超高速加工刀具必须与工件材料有较少的化学亲和性，具有优良的机械性能、热稳定性、抗冲击和热疲劳特性。常用的材料主要有超细晶粒硬质合金、聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、氮化硅(si，N )陶瓷材料、混合陶瓷和碳(氮)化钛基硬质合金以及用气相沉淀法的超硬材料涂层刀具等。对于超高速切削用刀具

36、，其结构设计和刀具的装夹结构是非常重要的。为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀具的几何角度必须选择最佳数值。超高速切削各种工件材料时刀具最佳前角、最佳后角的推荐值如表3所示。超高速切削加工用刀具要有可靠的刀体结构和刀片夹紧结构。为此，刀体与刀片之间的联结配合要封闭，刀片夹紧机构要有足够的夹紧力，同时对超高速回转刀具还应提出动平衡的要求，其次装夹结构设计必须有利于迅速换刀并有广泛的互换性和较高的重复精度。(5)超高速加工机床的支承及辅助单元制造技术实践证明，超高速机床运转时，铸铁材料已不能作支承基础，而要改用人造花岗岩作机床基础支承件。这种材料是用大小不等的石英岩颗粒作填料，用热固性树脂

37、做粘结剂，在模型中浇铸后通过聚合反应成型，并采用预埋金属构件的方法，形成导轨和连接面。这种材料的阻尼特性为铸铁的7-l0倍，比重只有铸铁的13。(6)超高速加工测试技术超高速加工测试技术主要指在超高速加工过程中通过传感、分析、信号处理等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线的监测和控制，其涉及的关键技术主要有：基于监控参数的在线检测技术，超高速加工的多传感信息融合检测技术，超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术，超高速加工中工件状态的测试技术以及超高速加工中自适应控制技术及智能控制技术等。32 超高速切削关键技术解决方案（1）超高速切削机床1）高速电主轴电主轴是将电机直接放在主轴前后轴承

38、之间使之成为一体的主轴形式，它较好解决了传统机床主轴通过皮带、齿轮或通过联轴节直连等传动所存在的振动、发热大和惯量大而导致的角加(减)速度低的问题。支承件的结构形式和精度是影响主轴精度、刚度及机械效率等的主要因素。超高速主轴主要有以下几种形式的轴承：空气轴承、静动压轴承、磁浮轴承及滚动轴承。空气静压轴承所能承受的切削载荷较小、过载能力较差，多用于高速、轻载和超精密的场合。动静压混合轴承采用流体动力及静力相结合的方法使主轴在油膜支撑中旋转。这种轴承径向和轴向跳动精度高、刚度好、阻尼特性好、轴承寿命高。美国Ingersoll公司已将采用动静压混合轴承的电主轴商品化。磁悬浮轴承是用电磁力将主轴无机械

39、接触地悬浮起来的新型轴承，它无磨损、不需润滑、精度高、易实现实时诊断和再线监控，是未来超高速主轴轴承的一种选择。目前这种轴承价格昂贵，且还有一些技术上的问题，如冷却要求高，轴承耗能、发热较大、过载后会烧坏主轴等。目前有瑞士IBAG、德国GMN、日本Seiko Seiki曲等公司提供这种类型的电主轴。采用硬度高、耐磨性好、密度小的陶瓷材料做滚珠，内外滚道采用钢制并进行涂层或表面处理的混合陶瓷轴承是目前使用最广泛且经济的轴承、它具有高速、高刚度、温升低及寿命长的特点，随着技术发展，纯陶瓷轴承将进一步提高滚动轴承的使用性能。超高速切削机床的电主轴一般要求从静止到最高转速12秒，加速度1g甚至更高，这

40、些参数要求主轴控制器具有极高的动态品质、精度、可靠性及可维护性。采用矢量控制的PWM交流变频系统是这种控制的最佳选择。主轴驱动电机在将电能转化为机械能的同时，也有一部分转化为热能。在超高速主轴系统中，多将电机与主轴合二为一故这部分热量不易散发所以必须对电机冷却。冷却多采用含添加剂的冷却水在一定的管路中循环，兼顾电机及支承的冷却。主轴支承润滑一般有：油脂润滑、油雾润滑、喷油润滑、油气润滑。油脂润滑为一次性永久润滑。不需复杂的润滑装置和管路维修简便但允许的最高速度较低，一般dm n12103mmin；油雾润滑会污染环境，一般较少采用；喷油润滑是将油柬以较大速度射在轴承内圈和保持架之间，通过回油装置

41、迅速将加热后的润滑油带出去，这种方式需对润滑油进行喷油、回油、过滤、冷却等操作，装置的投资成本昂贵，但其dmn可达27-30106mmin；油气润滑是将油滴定时注射到一个管路中并由气流将它沿管壁带到轴承处，使轴承各部分都得到适量的润滑，油滴量和气流压力通过轴承的温度传感器信号自动加以调节，采用油气润滑后，轴承dmn比油脂润滑提高30-50 。2)快速进给系统与高速电主轴相适应的是快速进给系统。目前用于高速切削的进给系统的驱动装置主要有两种形式：改进的滚珠丝杠驱动装置与直线电机。改进的滚珠丝杠驱动装置所能达到的加速度为05 1g，定位精度2025m，为提高加速度其采用的措施主要有提高滚珠丝杠刚度

42、、选用大额定扭矩的伺服电机等。当加速度超过1g后，直线电机是唯一的选择，直线电机是无接触直接驱动，没有滚珠丝杠的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度不足的缺点。加速度可达到25g以上，定位精度05 005m，甚至更高。直线电机的高加、减速特性，使切削过程稳定，易达到较高的机床轨迹精度，刀具磨损少。除上述优点外直线电机还存在一些缺点，如发热问题、其磁场对周围灰尘及铁屑的吸附等但随着直线电机技术的不断发展，这些问题将最终被解决。目前直线电机已广泛用于超高速机床，如HyperMach的机床采用直线电机后进给速度最大达60mmin，快移速度100mmin，加速度2g。3)高性能的计算机控制系统高速机床的计算机

43、控制系统必须满足高运算速度及精度的要求。为此控制系统采多用32位CPU、64位CPU。并采用多CPU形式，以减少伺服循环时间,如Fanuc- 15B 32位控制器执行梯形图程序的速度达01s。为提高被加工零件的形状及尺寸精度。高速机床的计算机控制系统普遍采用精简指令集(RISC)系统及GT(Geometric Intelligence)控制等技术保证系统具有多程序段预读、零轨迹跟踪误差、前馈控制、回冲加速、平滑插补、钟形加减速等功能。全数字交流伺服驱动系统使伺服控制具有灵敏度高，并可实现变结构控制。4)适合高速加工的刀夹系统当主轴转速超过10000rmin后，由于离心力的作用。传统的采用7：24锥柄的BT型刀夹，由于锥口的扩张，使刀具的连接精度及刚度下降并出现颤振，同时刀具及夹紧机构的可靠性下降是主轴的动平衡受到影响。针对上述问题，出现了新型的刀夹系统。如德国的HsK系列、美国的KM系列及724的改进型。HSK采用锥度部分和端面同时与主轴面接触的结构，它的锥体部分724型短且为薄壁结构，主轴与刀柄的配合精度高，这种刀夹系统具有很高的接触刚度和定位重复精度(定位重复精度可达0OOlmm)，并且夹