第七章先进制造技术第一、二、三节课件

1第七章先进制造技术

本章要点快速原型制造技术高速加工和精密超精密加工微机械及其微细加工技术1第七章先进制造技术

本章要点快速原型制造技术高速加工和2先进制造技术在新产品的开发过程中，总是需要对所设计的零件或整个系统在投入大量资金组织加工或装配之前加工一个简单的例子或原型。在准备制造和销售一个复杂的产品系统之前，工作原型可以对产品设计进行评价、修改和功能验证。2先进制造技术在新产品的开发过程中，总是需要对3零件成形方法

材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。材料去除法——零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工等。材料累加法——传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等，通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。3零件成形方法材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等4第一节快速原型制造技术（RPM）

◆快速原型制造（RapidPhotographManufacturing—RPM），又称“快速成形技术”（RapidPhotograph—RP）或“分层制造”（LayerManufacturing—LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体（见图2-1）。4第一节快速原型制造技术（RPM）◆快速原型5图2-1快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末5图2-1快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品6a）b）图2-2传统加工与快速成型比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形6a）快速成型技术是将计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动、激光与材料技术于一体的现代技术。其基本思路起源于三维实体被切成一系列连续切片的逆过程．即只需用三维的制造方法制作成一系的薄切片．便可堆积成所需的三维零件。快速加工技术的主要持点：能直接由三维CAD模型制造形状复杂的原型，缩短了产品开发周期，降低了生产成本．使产品能迅速投入市场。可制造任意复杂的高精度零件，而无需任何工具。它是创造性设计的有效工具，也能比较容易制造出试验模型，可在加工生产前找出设计中存在的不足之处，并迅速加以修改。快速成型技术在应用中存在的问题：系统造价昂贵、运行费用高，加工用材价格偏高，能够处理的材料种类有限，与CAD系统的接口尚无通用格式。快速成型技术是将计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动8图2-2a快速成型机床及快速成型件8图2-2a快速成型机床及快速成型件9（一）概述

1931年德国切削物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。

尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min。1、高速加工定义一、高速加工第二节

高速加工和精密超精密加工9（一）概述1931年德国切削物理学家C.J10图3-31Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃1600

1200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属10图3-31Salomon切削温度与切削速度曲线切削

高速切削是个相对的概念，如果加工方法和切削材料不同，高速切削的速度范围也就不同。如从加工方法的角度，车削加工速度范围是700～7000m/min，铣削加工速度范围是300～6000m/min，钻削加工的速度范围是200～1100m/min，磨削加工的速度范围是150～360m/min。从材料的角度，目前铝合金的高速切削范围是1500～5500m/min，铸铁的高速切削范围是750～4500m/min，普通钢的高速切削范围是600～800m/min。一般认为高速加工的速度范围是普通加工的5～10倍。随着高速机床设备和刀具等关键技术领域的突破性进展，高速加工的速度范围还会不断扩展。

高速切削是个相对的概念，如果加工方法和切削材料不同，高速12图3-32高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金2、高速加工的切削速度范围

高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异，见图3-32◎车削：700-7000m/min◎铣削：300-6000m/min◎钻削：200-1100m/min◎磨削：50-300m/s

高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同12图3-32高速与超高速切削速度范围1013

加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍

切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件

切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件

加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量

工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义(工序集约化是指在一台实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工工序).3、高速加工的特点13加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率14高速加工实例毛坯材料使用刀具主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)NAK80(HRC40)Ø4球头140002200加工零件示意图高速加工切削条件14高速加毛坯材料使用刀具主轴转速进给速度NAK80(H15

航空航天：

◎带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。

◎镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：4、高速加工的应用

◎采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产

模具制造：

◎高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍（图3-34，图3-35）。

仪器仪表：

◎精密光学零件加工。15航空航天：4、高速加工的应用◎采用高速数控机16b）高速模具加工的过程图3-34两种模具加工过程比较1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修a）传统模具加工的过程1毛坯→2粗铣→3半精铣→4热处理→5电火花加工→6精铣→7手工磨修电极制造16b）高速模具加工的过程1硬化毛坯→2粗铣→17图3-35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/mm加工时间100%1010.10.010.001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★对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。17图3-35采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司超高速切削已用于加工多种零件，下图是几种加工零件实例，可见多种不同材料的复杂结构零件，包含自由曲面的零件等，都已可用高速切削技术加工。航空工业中的大型铝合金机架，使用超高速铣削，提高了加工效率，效果非常明显。

超高速切削已用于加工多种零件，下图是几种加工零件实例19

高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技术要求较高，使其应用受到限制。

与高速加工密切相关的技术主要有：◎高速加工刀具与磨具制造技术；◎高速主轴单元制造技术；◎高速进给单元制造技术；◎高速加工在线检测与控制技术；◎其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技术、安全防护技术等。此外高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具有重要意义。高速加工技术取决于硬件技术和软件技术19高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技高速加工技术的体系结构

高速加工技术的体系结构（二）高速切削的刀具高速切削的一个主要问题是刀具磨损，与普通切削相比，高速切削时刀具与工件的接触时间减少，接触颇率增加，由此减少了切屑的皱褶，切削过程中产生的热量更多地向刀具传递，磨损机理与普通切削有很大区别。由于高速切削时离心力和振动的影响，刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能。设计刀具时，必须根据高速切削的要求，综合考虑磨损、强度、刚度和精度等方面因素。（二）高速切削的刀具高速切削的一个主要问题是刀具磨损22刀具材料种类

合金高速钢硬质合金陶瓷天然

聚晶金刚石

聚晶立方氮工具钢W18Cr4VYG6Si3N4

金刚石

PCD

化硼

PCBN材料性能

硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500

HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa

2.8GPa

1.5GPa导热系数40-50

20-30

70-100

30-40

146.5

100-120

40-100热稳定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃

＞1000℃化学惰性低惰性大惰性小

惰性小

惰性大耐磨性低低较高高最高

最高

很高一般精度Ra≤0.8高精度

Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05

IT5-6IT7-8IT5-6

可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料

表3-3

普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比22刀具材料种类合金高速钢硬质合天然金刚石是目前已知的最硬物质，硬度范围为HV8000-12000，相对密度为3.48-3.56。是各向异性的单晶体，晶体取向不同，硬度及耐磨性也不相同。耐磨性极好，刀具寿命可长达数百小时；刃口锋利，切削刃钝圆半径可达0.01μm。耐热性为700-800℃，高于此温度，碳原子转化为石墨结构，硬度丧失。价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度和表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、多面镜、磁盘等。

1.天然金刚石刀具天然金刚石是目前已知的最硬物质，硬度范围为HV8000-12不存在各向异性，硬度略低于天然金刚石，为HV6500-8000价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛，可在大部分场合代替天然金刚石用CVD(化学气相沉积)可将聚晶金刚石作成涂层金刚石刀具不适于加工铁族材料，因为金刚石中的碳元素与铁元素有很强的亲和力，碳元素极易向含铁的工件扩散，使金刚石刀具很快磨损2.聚晶金刚石刀具不存在各向异性，硬度略低于天然金刚石，为HV6500-80025图3-36

金刚石（左）与CBN(立方氮化硼)（右）原子结构碳原子氮原子硼原子

金刚石与CBN晶体结构相似，每一个原子都以理想四面体方式以109°28′键角与邻近4个原子结合。金刚石中的每个C原子都以共价键方式与邻近4个C原子结合。CBN中每个N原子与4个B原子结合，每个B原子又与4个N原子结合，并存在少数离子键。聚晶立方氮化硼是由立方氮化硼微粉在结合剂存在下，高温高压烧结而成的立方氮化硼多晶体。

25图3-36金刚石（左）与CBN(立方氮化硼)（右）原26

较高的硬度和耐磨性：CBN晶体结构与金刚石相似，化学键类型相同，晶格常数相近。CBN粉末硬度HV8000，PCBN硬度3000-5000。切削耐磨材料时，其耐磨性为硬质合金刀具的50倍，涂层硬质合金刀具的30倍，陶瓷刀具的25倍。◆

PCBN切削性能3.聚晶立方氮化硼(PCBN/PolycrystallineCubicBoronNitride)1970年问世500040003000200010000硬度/HV02004006008001000

温度/℃BN100BN20陶瓷硬质合金图3-37PCBN刀具高温硬度

高的热稳定性：热稳定性明显优于金刚石刀具（图3-37）26较高的硬度和耐磨性：CBN晶体结构与金刚石相似27良好的化学稳定性

1200-1300℃与铁系材料不发生化学反应；2000℃才与碳发生化学反应；对各种材料粘结、扩散作用比硬质合金小的多。化学稳定性优于金刚石刀具，特别适合加工钢铁材料。良好的导热性

CBN导热性仅次于金刚石，导热系数为1300W/m·℃，是硬质合金的20倍，陶瓷的37倍，且随温度升高而增加。这一特性使PCBN刀具刀尖处温度降低，减少刀具磨损，提高加工精度。较低的摩擦系数

CBN与不同材料间的摩擦系数为0.1-0.3（硬质合金为0.4-0.6），且随切削速度的提高而减小。这一特性使切削变形和切削力减小，加工表面质量提高。27良好的化学稳定性28加工HRC45以上的硬质材料例如各种淬硬钢（工具钢、合金钢、模具钢、轴承钢等），铸铁（钒钛铸铁、冷硬铸铁、高磷铸铁等），高温合金，硬质合金，粉末金属表面喷涂（焊）材料等。◆

PCBN刀具应用金属软化效应

用PCBN切削淬硬钢，工件材料硬度＜HRC50时，切削温度随材料硬度增加而增加；工件材料硬度＞HRC50时，切削温度随材料硬度增加有下降趋势（图3-38），金属软化，硬度下降，加工易于进行。8007507006506003040506070硬度HRC（V=320m/mim，f=0.2mm/r，a=0.1mm）切削温度/℃图3-38切削温度与硬度关系28加工HRC45以上的硬质材料◆PCBN刀具应用金属软化29◆

PCBN刀具应用实例加工对象硬度加工方式工艺参数加工效果GCr15HRC71车削V=180m/mim以车代磨，工效提高4-5倍钢轧辊f=5.6mm/rRa0.8-0.4μmYG15HRA87镗孔V=50m/mim工效较电火花加工提高30冷挤压模倍，Ra0.8-0.4μmA3热压板端铣V=800m/mim以铣代磨，工效提高6-7倍

Vf=100m/mimRa1.6-0.8μm，平面度0.02凸轮轴HRC60磨削V=80m/s比单晶刚玉砂轮寿命提高

20倍，生产效率提高50%GCr15HRC62磨削V=65m/s比棕刚玉砂轮耐用度提高轴承内孔170倍，生产效率提高一倍Cr、Cu端铣V=800m/mimRa0.8μm，平面度0.02铸铁Vf=0.1mm/齿40Cr钢HRC38立铣V=850m/mim以铣代磨，工效提高5-6倍

Ra0.8μm表3-5PCBN刀具应用实例29◆PCBN刀具应用实例加工对象硬度

电主轴结构的基本构成

所谓电主轴结构就是将电机的转子直接作为机床的主轴，主轴单元的壳体就是电机座，并配合其他安全保障措施，实现电机与机床主轴的一体化。电主轴结构的基本构成如图3－38所示，它通常由电主轴单元、轴承及其润滑单元、主轴冷却单元以及动平衡单元组成。（三）高速加工机床电主轴结构的基本构成（三）高速加工机床图3－38电主轴结构的基本构成

主轴的转速通过电动机的变频调速与矢量控制装置来改变图3－38电主轴结构的基本构成主轴的转速通过电动机的变频调32图3-39

陶瓷轴承高速主轴陶瓷球轴承密封圈旋转变压器电主轴陶瓷球轴承冷却水出口冷却水入口高速主轴

陶瓷轴承高速主轴结构陶瓷角接触球轴承高速电主轴结构32图3-39陶瓷轴承高速主轴陶瓷球轴承密封圈旋转变压器电33

采用C或B级精度角接触球轴承，轴承布置与传统磨床主轴结构相类似；采用“小珠密球”结构，滚珠材料Si3N4；与钢球相比，陶瓷轴承的优点是：

◎陶瓷球密度减小60%，从而可大大降低离心力；

◎陶瓷弹性模量比钢高50%，使轴承具有更高刚度；

◎陶瓷摩擦系数低，可减小轴承发热、磨损和功率损失；

◎陶瓷耐磨性好，轴承寿命长。采用电动主轴（电机与主轴作成一体）；轴承转速特征值（=轴径（mm）×转速（r/min））较普通钢轴承提高1.2～2倍，可达0.5～1×106。

陶瓷轴承高速主轴结构特征33采用C或B级精度角接触球轴承，轴承布置与传统磨床主轴结34◆电磁铁绕组通过电流I0，对转子产生吸力F，与转子重量平衡，转子处于悬浮平衡位置（图3-32）。转子受扰动后，偏离其平衡位置。传感器检测出转子位移，将位移信号送至控制器。控制器将位移信号转换成控制信号，经功放变换为控制电流，改变吸力方向，使转子重新回到平衡位置磁浮轴承高速主轴◆位移传感器通常为非接触式，其数量一般为5-7个，对其灵敏度和可靠性要求均较高。◆控制器设计较复杂，使磁悬浮轴承成本较高（一套磁悬浮轴承售价约1万美元）。放大器电磁铁（定子）传感器转子图3-32磁悬浮轴承工作原理控制器34◆电磁铁绕组通过电流I0，对转子产生吸力F，与转子重35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3-41磁浮轴承高速主轴

磁浮轴承主轴结构35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36

主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。刚度高，约为滚珠轴承主轴刚度10倍。转速特征值可达4×106。回转精度主要取决于传感器的精度和灵敏度，以及控制电路性能，目前可达0.2μm。机械结构及电路系统均较复杂；又由于发热多，对冷却系统性能要求较高。

磁浮轴承主轴特点36主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁浮轴承定子与转现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，其主要原因在于：提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性，促进产品的小型化，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。精密、超精密加工技术的提高，有力地推动了各种新技术的发展。

二、精密与超精密加工技术（一）概述现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，其主要原因在在高精度加工范围内，根据加工精度水平的不同，可进一步划分为精密加工、超精密加工和纳米加工三个档次。加工公差为10.0～0.1μm，表面粗糙度Ra0.30～0.03μm的加工称为精密加工；加工公差为0.1～0.01μm、表面粗糙度Ra0.03～0.005μm的加工称为超精密加工；加工公差小于0.01μm、表面粗糙度Ra小于0.005μm的加工称为纳米加工。

在高精度加工范围内，根据加工精度水平的不同，可进一步划◆精密加工——在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密加工——在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到最高程度的加工工艺。◆瓦特改进蒸汽机1781年

——镗孔精度1mm20世纪40年代——最高精度1μm20世纪末——

精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亚微米加工）超精密加工：≤0.01μm

，Ra≤

0.001μm（纳米加工）◆微细加工——微小尺寸的精密加工超微细加工——微小尺寸的超精密加工◆精密加工——在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较

精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路最小线宽0.1μm，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm

精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍

精密加工与超精密加工技术是新技术的生长点精密与超精密加工技术涉及多种基础学科和多种新兴技术，其发展无疑会带动和促进这些相关科学技术的发展精密与超精密加工地位精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志精密加工精密和超精密加工目前包含三个领域

（1）精密和超精密切削。如超精密金刚石切削，可加工各种镜面，它成功地解决了高精度大型抛物面镜的加工，用于激光光核聚变系统和天体望远镜。（2）精密和超精密磨削研磨。可以解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘的加工等。（3）精密特种加工。如电子束、离子束加工，使美国超大规模集成电路线宽达0.1μm(八十年代水平)。

精密和超精密加工目前包含三个领域（1）精密和超精密切削。（二）精密和超精密切削加工

精密加工：加工精度为0.1~1um，表面粗糙度为0.02~0.1um。3、增强互换性、促进自动化装配应用。提高加工精度的好处：1、提高产品的性能与质量、稳定性和可靠性；2、促进产品的小型化；（二）精密和超精密切削加工精密加工：加工精度为0.1精密加工的关键技术：1、精密加工机床2、金刚石刀具3、精密切削机理5、误差补偿4、稳定的加工环境6、精密测量技术精密加工的关键技术：1、精密加工机床2、金刚石刀具3、精密切

精密机床是进行精密加工的首要条件。二战后美国首先发展了金刚石刀具精密切削技术。我国起步比较晚，20世纪60年代才开始发展精密机床。上海机床厂、武汉和重庆机床厂、北京机床研究所、航空精密机械研究所为我国精密机床发展做出了相当的贡献。我国由于起步晚、且从国外购进的精密机床受到保密技术的制约，与外国的差距较大。精密机床精密机床是进行精密加工的首要条件。精密机床

普通机床主轴径向跳动通常为0.01mm，导轨平直度为0.02mm/1000mm；精密机床主轴径向跳动通常为0.003~0.005mm，导轨平直度为0.01mm/1000mm；超精密要求则更高。通常，加工设备的精度必须高于零件精度，通常高一个数量级。所以高精度工件的精度保证，取决于加工机床的精度。普通机床主轴径向跳动通常为0.01mm，导轨平直度为0金刚石车床加工4.5mm陶瓷球图金刚石车床及其加工照片金刚石车床加工4.5mm陶瓷球图金刚石车床及其加工照片

精密主轴部件是精密和超精密机床的关键部件之一，它的性能直接影响精密和超精密加工质量。对主轴的要求：回转精度、转动平稳、无振动，其关键在于使用精密轴承。床身和导轨：具有尺寸稳定性好、热膨胀系数小、振动衰减能力强、耐磨性和加工工艺性好等。通常用优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。进给驱动系统：精密机床必须具有精密的进给驱动精度。精密和超精密加工的精度由检测精度来保证的，为了消除误差，必须使用误差补偿技术。精密主轴部件是精密和超精密机床的关键部件之一，它的性能◆

金刚石刀具

超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石◆金刚石刀具超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石

精密切削研究最早从金刚石车削开始——金刚石铣削——金刚石镗削，来加工型面和内孔。刀具材料从金刚石刀具材料——立方氮化硼、复合陶瓷等。精密加工的经济性：过去尤其是昂贵的价格、高要求的加工环境在一定程度上限制精密加工的应用范围。现在由于科学技术发展和生活水平的提高，精密加工深入到各个领域。机械制造业：加工工具、卡具、量具，发达国家已经开始零件的精密加工。精密切削研究最早从金刚石车削开始——金刚石铣削——金

超精密切削加工发展：20世纪60年代发展起来的新技术，在国防和尖端技术领域具有重要地位。服从金属切削的普遍规律，但由于切削层极薄，所以又具有一定的特殊性。

发展方向：1、基本理论和工艺；2、设备的精度、动态性及热稳定性；3、精度检测和误差补偿；4、环境控制技术；5、加工材料。超精密切削加工发展：20世纪60年代发展起来的新技术，51----提高表面质量（粗糙度）的加工方法。包括：研磨、珩磨、超级光磨和抛光。其特点：表面粗糙度在Ra0.2以下。尺寸精度不一定很高。

精密（三）精密和超精密磨削研磨51精密（三）精密和超精密磨削研磨1）加工原理

研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的精加工方法。

具体说：利用微小磨粒借助于研具与工件的相对运动作微小切削。有磁性研磨、弹性发射加工、悬浮抛光等。采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研磨平板等)可对内圆、外圆和平面等进行研磨。

1.研磨1）加工原理1.研磨53研磨是在研具与工件之间置以研磨剂，对工件表面进行光整加工的方法。研具材料铸铁软钢红铜塑料或木材53研具材料铸铁软钢红铜塑料或木材54研磨剂组成形态磨料研磨液填料液态固态膏状54研磨剂组成形态磨研填液固膏55研具研磨原理55研具研磨原理56研磨原理56研磨原理57工件作复杂运动转动+滑动57工件作复杂

图示为研磨外圆的工具。研磨套2由夹套1夹持，它的孔内有螺旋槽可贮藏研磨剂。其上还有一条内外相通的直槽，使其有一定胀缩性。

研磨外圆的工具

1-夹套；2-研磨套；3-调节螺钉；4-手柄。图示为研磨外圆的工具。研磨套2由夹套1夹持，它的

为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，常用的是铸铁。研磨时先在工具表面涂上一层均匀的研磨剂，将该工具套在工件上，并调节好配合的松紧程度，然后让工件旋转，手持研磨工具在轴向来回移动，直至达到研磨的要求为止。为了磨料能嵌入研磨套的内表面，研磨套的材应软些，

研磨剂是很细的磨料(粒度为W14～W15)、研磨液和辅助材料的混合剂。常用的有液态研磨剂、研磨膏和固体研磨剂（研磨皂）三种。主要起研磨、吸附、冷却和润滑等作用。

2）研磨的特点与应用

（1)精度高质量好经研磨后的工件表面,尺寸精度可达IT4～IT1级；表面粗糙度值可减小到0.1~0.006μm。形状精度亦可相应提高。研磨剂是很细的磨料(粒度为W14～W15)、研磨液（2)生产效率低，加工余量小（3)研磨剂易飞溅，污染环境。

在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。（2)生产效率低，加工余量小622.珩磨1）加工原理利用珩磨头对孔进行光整加工的方法。622.珩磨利用珩磨头◆

砂轮材料：金刚石，立方氮化硼（CBN）可加工各种高硬度、高脆性金属及非金属材料（铁金属用CBN）耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高磨削力小，磨削温度低，加工表面好◆

特点：一般珩磨后可将工件的形状和尺寸精度提高一级，表面粗糙度Ra值可达0.2～0.025μm。珩磨加工的工件表面质量特性好、加工精度和加工效率高，加工应用范围广、经济性好。◆砂轮材料：金刚石，立方氮化硼（CBN）可加工各种高硬度646465保持磨条对孔壁的定压力！65保持磨条对孔壁的定压力！662）珩磨特点及应用（1）生产率高。（2）可提高孔的表面质量、尺寸和形状精度。（3）珩磨表面耐磨。（4）不宜加工有色金属。（5）珩磨头结构较复杂。662）珩磨特点及应用673.超级光磨1）加工原理用细粒度的磨具对工件施加一定压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。磨具与工件之间的运动如下：

1)工件作低速旋转运动,ν工＝3～20m/min;

2)油石磨具作往复振动,每分钟振动300～1200次,振幅为3～5mm；

3)磨具作纵向进给运动,进给量f纵为0.1～0.15673.超级光磨686869697070712）特点及应用（1）设备简单，操作方便。（2）加工余量极小。（3）生产率高。（4）表面质量好，Ra0.012以下。（5）仅能提高工件的表面质量，不能提高尺寸和形位精度。超精加工能加工钢、铸铁、铜合金、铝合金、陶瓷、玻璃、硅和锗等各种金属与非金属,可以加工外圆、平面、内孔和各种曲面。尤其适用加工内燃机曲轴、凸轮轴、活塞、活塞销等的光整加工。712）特点及应用724.抛光1）加工原理抛光是在高速旋转的抛光轮上涂以磨膏，对工件表面进行光整加工的方法。抛光轮——用毛毡、橡胶、皮革或布做成。磨膏——由磨料（氧化铬、氧化铁等）和油酸、软脂等配制而成。

724.抛光磨料的种类取决于工件材料，如：钢制零件抛光可选用氧化铁粉及刚玉；铸铁件抛光可选用氧化铁粉及碳化硅粉；有色合金抛光宜选用氧化铬及金刚砂。抛光是安排在工件精加工之后进行，抛光之后的工件，粗糙度Ra值可达0.1～0.012μm,并能明显增加光亮度，但不能甚至不能保持原有的精度。抛光可在抛光机或砂带磨床上进行。磨料的种类取决于工件材料，如：钢制零件抛光可选用氧7474752）特点及应用（1）方便简单而经济；（2）容易对曲面进行加工；（3）仅能提高表面质量，而不能提高加工精度。（4）劳动条件较差。752）特点及应用进给＋－图7ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）在线电解修整使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。（三）精密特种加工进给＋－图7ELID磨削原理电源金刚石砂轮冷却液冷却液电◆恒温——要求：±1℃～±0.01℃

实现方法：大、小恒温间+局部恒温（恒温罩，恒温油喷淋）◆恒湿——要求：相对湿度35%～45%，波动±10%～±1%实现方法：采用空气调节系统

◆净化——要求：10000～100级（100级系指每立方英尺空气中所含大于0.5μm尘埃个数不超过100）

实现方法：采用空气过滤器，送入洁净空气◆隔振——要求：消除内部、隔绝外部振动干扰

实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器

精密与超精密加工环境◆恒温——要求：±1℃～±0.01℃◆恒湿——要求：相对湿78超精密加工的基本条件78超精密加工的基本条件79一、引言

随着微／纳米科学与技术(Micro/NanoScienceandTechnology)的发展，以本身形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。

所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

7.3微机械及其微细加工技术79一、引言7.3微机械及其微细加工技术80

微机械在美国常被称作微型机电系统（MicroelectromechanicalSystem,MEMS）；在日本称作微机器（Micromachine）；而在欧洲则称作微系统（Microsystem）。

80微机械在美国常被称作微型机电系统（Microe

在机械装置的小型化过程中出现两类机械，即小型机械和微型机械。可以这样划分：10mm～1mm为小型机械,用精密加工的方法可以制造出来;1mm～1um为微型机械,需要用硅微加工技术或LIGA(电铸成形)技术等微细加工方法才能制造出来；1um～1nm为纳米机械,是分子级的零件,需采用生物工程的方法制造。

在机械装置的小型化过程中出现两类机械，即小型机械

微型机械不是传统机械的简单微型化，而是指集微型机构、微型传动器以及信号处理和控制电路，甚至外围接口电路、通讯电路和电源等于一体的微型机电系统。因此，微型机械远远超出了传统机械的概念和范畴，是基于现代科学技术，用崭新的思维方法指导的产物。

微型机械不是传统机械的简单微型化，而是指集微83微机械具有以下几个基本特点：1.体积小，精度高，重量轻。2.性能稳定，可靠性高。微机械器件体积极小，封装后几乎可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的影响，具有较高的抗干扰性，可以在比较恶劣的环境下稳定工作。83843.能耗低，灵敏性和工作效率高。完成相同的工作，微机械所消耗的能量仅为传统机械的十几或几十分之一，却能以数十倍以上的速度运作。机电一体的微机械不存在信号延迟等问题，从而更适合高速工作。4.多功能和智能化。5.适于大批量生产，制造成本低廉。843.能耗低，灵敏性和工作效率高。85具有以下一般机械所不能及的优势：1.表现在活动空间、操作对象和工作环境上。微机械能够进入极狭小空间进行作业，且不易对环境造成不必要的影响与破坏。微机械还可以面对很脆弱、易损伤的工作对象。微机械还可出现于人类所不能及或不适宜的工作环境。85具有以下一般机械所不能及的优势：862.与一般机械相比，微机械所表现出的智能化程度更高、实现的功能更趋于多样化。

国外一些有实力的公司和研究机构对微机械的研究非常重视，已研制开发出许多有特色的产品。862.与一般机械相比，微机械所表现出的智能化程度更高、实现87

目前，微机械的研究正在从基础研究逐步迈向研制开发与实用阶段。许多微传感器、微执行器以及微光学部件已经在某些行业得到应用。8788二、微细加工技术

微细加工（Microfabrication）起源于半导体制造工艺，原来指加工尺度约在微米级范围的加工方式。

在微机械研究领域中，它是微米级，亚微米级乃至毫微米级微细加工的通称。88二、微细加工技术89

可以进一步分为微米级微细加工(Micro-fabrication)，亚微米级微细加工(Sub-micro-fabrication)和纳米级微细加工(Nano-fabrication)等。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及了各种现代特种加工、高能束等加工方式。89可以进一步分为微米级微细加工(Micro-fa90

从微机械的加工方法来看，它主要起源于硅集成制造技术，因此微机械继承了集成电路器件所具有的微小、可靠、灵敏、低耗、高效、成本低、适于大批量生产等系列优点。90微机械和微机电系统中使用最多的材料是硅，单晶硅的(100)、(110)和(111)晶面具有各向异性的特性，在使用腐蚀剂，可以应用各向异性刻蚀法加工立体微硅器件。目前立体光刻腐蚀加工技术已是制造三维立体微硅器件的最基本方法之一。

硅晶体进行各向异性刻蚀时，可刻蚀的晶面为(100)和(110)晶面，这两种晶面经各向异性刻蚀后，得到的基本刻蚀形状是不同的。各向异性刻蚀在自由刻蚀状态下，终止的面都是(111)晶面。因被刻蚀的(100)、(110)晶面和晶体内的(111)晶面的相互位置不同，得到的各向异性刻蚀结构形状也不同。

（一）微硅零件的立体光刻腐蚀加工微机械和微机电系统中使用最多的材料是硅，单晶硅的(10在相同形状时，图14-7a所示是(100)晶面各向异性刻蚀后的槽形，图14-7b所示是(110)晶面各向异性刻蚀后的槽形。设计微硅结构时，若用立体各向异性刻蚀方法制造，则应考虑所用的晶面和晶体方向,以及刻蚀后形状能否符合所设计的微结构要求。硅晶体各向异性刻蚀制造立体微结构时，常和其他工艺结合进行。

a)(100)晶面各向异性腐蚀后的槽形b)(110)晶面各向异性腐蚀后的槽形

在相同形状时，图14-7a所示是(100)晶面各向异93通过光刻和化学刻蚀等在硅基体上得到一些坑、凸台、带平面的孔洞等微结构，它们成为建造悬臂梁、膜片、沟槽和其它结构单元的基础，最后利用这些结构单元可以研制出压力或加速度传感器等微型装置。93目前已有多种小型精密高速机床(主轴转速50000r/min以上),使用微小刀具加工微型器件。在微小型加工中心上，可加工极小的精密三维曲面。图14-8所示，是日本Fanuc公司生产的加工微型零件的ROBOnanoUi五轴联动加工中心，以及在这台加工中心上用微型单晶金刚石立铣刀加工出的人像浮雕。

（二）微器件的精密机械加工图14-8ROBOnanoUi加工中心及所加工的曲面试件目前已有多种小型精密高速机床(主轴转速50000

LIGA技术是由深度同步幅射X射线光刻，电铸成型，塑铸成型等技术组合而成的综合性技术。用该方法可以制作各种微器件和微装置，材料可以是金属、陶瓷和玻璃等，可以制作微形件的最大高度1000μm，槽宽0.5μm以上、高宽比大于200的立体微结构。出的图形侧壁陡峭，表面光滑。过去使用LIGA技术只能制造上下形状一致的微器件，现在该技术又有发展，可加工阶梯状零件。

（三）LIGA技术LIGA是德文的平版印刷术

Lithographie，电铸成形Galvanoformung和注塑(模塑）Abformung的缩写。（三）LIGA技术LIGA是德文的平版印刷术L精微塑性成型加工技术已成功地制造出多种微型器件。用塑性成型法加工的微小螺丝，螺纹部分直径20～50μm；图14-9所示，是Gunm大学研制的微型超塑挤压机，可以用于加工制造微型齿轮轴等多种微型零件。

（四）微型件的精微塑性成形加工精微塑性成型加工技术已成功地制造出多种微型器件。用塑

因微型零件太小，人工装配困难，因此为装配微型机械，已制造了多种微型夹持器、机械手和自动化装配装置，如电传感驱动的微夹持器，热敏驱动的微夹持器。国外已开发了多种微型机械和微机电系统的自动装配机。

（五）微型机械的装配先进(现代）制造技术

特征与发展趋势◆

加工技术向超精密、超高速方向发展◆

绿色制造将成为21世纪制造业重要特征因微型零件太小，人工装配困难，因此为装配微型机械，已

包括：绿色产品设计技术（产品在全生命周期符合环保、人类健康、能耗低、资源利用率高的要求）；绿色制造技术（在整个制造过程，对环境负面影响最小，废弃物和有害物质的排放最小，资源利用效率最高）；产品的回收和循环再制造（例如，汽车等产品的拆卸和回收技术，以及生态工厂的循环式制造技术等）。◆

虚拟制造将获得广泛应用首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（SoftPrototype）代替传统的硬样品（HardPrototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低成本，提高系统快速响应市场变化的能力。现代机械制造技术是传统机械制造技术与高新技术相结合的产物。包括：绿色产品设计技术（产品在全生命周期符合环保、人本章结束本章结束谢谢各位！请大家认真复习！谢谢各位！请大家认真复习！101第七章先进制造技术

本章要点快速原型制造技术高速加工和精密超精密加工微机械及其微细加工技术1第七章先进制造技术

本章要点快速原型制造技术高速加工和102先进制造技术在新产品的开发过程中，总是需要对所设计的零件或整个系统在投入大量资金组织加工或装配之前加工一个简单的例子或原型。在准备制造和销售一个复杂的产品系统之前，工作原型可以对产品设计进行评价、修改和功能验证。2先进制造技术在新产品的开发过程中，总是需要对103零件成形方法

材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等，这些方法多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。材料去除法——零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工等。材料累加法——传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等，通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。3零件成形方法材料成形法——进入工艺过程物料初始重量近似等104第一节快速原型制造技术（RPM）

◆快速原型制造（RapidPhotographManufacturing—RPM），又称“快速成形技术”（RapidPhotograph—RP）或“分层制造”（LayerManufacturing—LM），是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。◆它将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机数控（CNC）、精密伺服驱动、新材料等先进技术集于一体，依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。◆按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体（见图2-1）。4第一节快速原型制造技术（RPM）◆快速原型105图2-1快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末5图2-1快速成型过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品106a）b）图2-2传统加工与快速成型比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形6a）快速成型技术是将计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动、激光与材料技术于一体的现代技术。其基本思路起源于三维实体被切成一系列连续切片的逆过程．即只需用三维的制造方法制作成一系的薄切片．便可堆积成所需的三维零件。快速加工技术的主要持点：能直接由三维CAD模型制造形状复杂的原型，缩短了产品开发周期，降低了生产成本．使产品能迅速投入市场。可制造任意复杂的高精度零件，而无需任何工具。它是创造性设计的有效工具，也能比较容易制造出试验模型，可在加工生产前找出设计中存在的不足之处，并迅速加以修改。快速成型技术在应用中存在的问题：系统造价昂贵、运行费用高，加工用材价格偏高，能够处理的材料种类有限，与CAD系统的接口尚无通用格式。快速成型技术是将计算机辅助制造、计算机数字控制、精密伺服驱动108图2-2a快速成型机床及快速成型件8图2-2a快速成型机床及快速成型件109（一）概述

1931年德国切削物理学家C.J.Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。

尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min。1、高速加工定义一、高速加工第二节

高速加工和精密超精密加工9（一）概述1931年德国切削物理学家C.J110图3-31Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃1600

1200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属10图3-31Salomon切削温度与切削速度曲线切削

高速切削是个相对的概念，如果加工方法和切削材料不同，高速切削的速度范围也就不同。如从加工方法的角度，车削加工速度范围是700～7000m/min，铣削加工速度范围是300～6000m/min，钻削加工的速度范围是200～1100m/min，磨削加工的速度范围是150～360m/min。从材料的角度，目前铝合金的高速切削范围是1500～5500m/min，铸铁的高速切削范围是750～4500m/min，普通钢的高速切削范围是600～800m/min。一般认为高速加工的速度范围是普通加工的5～10倍。随着高速机床设备和刀具等关键技术领域的突破性进展，高速加工的速度范围还会不断扩展。

高速切削是个相对的概念，如果加工方法和切削材料不同，高速112图3-32高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金2、高速加工的切削速度范围

高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异，见图3-32◎车削：700-7000m/min◎铣削：300-6000m/min◎钻削：200-1100m/min◎磨削：50-300m/s

高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同12图3-32高速与超高速切削速度范围10113

加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍

切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件

切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件

加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量

工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义(工序集约化是指在一台实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工工序).3、高速加工的特点13加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率114高速加工实例毛坯材料使用刀具主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)NAK80(HRC40)Ø4球头140002200加工零件示意图高速加工切削条件14高速加毛坯材料使用刀具主轴转速进给速度NAK80(H115

航空航天：

◎带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。

◎镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：4、高速加工的应用

◎采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产

模具制造：

◎高速铣削代替传统的电火花成形加工，效率提高3-5倍（图3-34，图3-35）。

仪器仪表：

◎精密光学零件加工。15航空航天：4、高速加工的应用◎采用高速数控机116b）高速模具加工的过程图3-34两种模具加工过程比较1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修a）传统模具加工的过程1毛坯→2粗铣→3半精铣→4热处理→5电火花加工→6精铣→7手工磨修电极制造16b）高速模具加工的过程1硬化毛坯→2粗铣→117图3-35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/mm加工时间100%1010.10.010.001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★对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产成本。17图3-35采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司超高速切削已用于加工多种零件，下图是几种加工零件实例，可见多种不同材料的复杂结构零件，包含自由曲面的零件等，都已可用高速切削技术加工。航空工业中的大型铝合金机架，使用超高速铣削，提高了加工效率，效果非常明显。

超高速切削已用于加工多种零件，下图是几种加工零件实例119

高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技术要求较高，使其应用受到限制。

与高速加工密切相关的技术主要有：◎高速加工刀具与磨具制造技术；◎高速主轴单元制造技术；◎高速进给单元制造技术；◎高速加工在线检测与控制技术；◎其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技术、安全防护技术等。此外高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具有重要意义。高速加工技术取决于硬件技术和软件技术19高速加工虽具有众多的优点，但由于技术复杂，且对于相关技高速加工技术的体系结构

高速加工技术的体系结构（二）高速切削的刀具高速切削的一个主要问题是刀具磨损，与普通切削相比，高速切削时刀具与工件的接触时间减少，接触颇率增加，由此减少了切屑的皱褶，切削过程中产生的热量更多地向刀具传递，磨损机理与普通切削有很大区别。由于高速切削时离心力和振动的影响，刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能。设计刀具时，必须根据高速切削的要求，综合考虑磨损、强度、刚度和精度等方面因素。（二）高速切削的刀具高速切削的一个主要问题是刀具磨损122刀具材料种类

合金高速钢硬质合金陶瓷天然

聚晶金刚石

聚晶立方氮工具钢W18Cr4VYG6Si3N4

金刚石

PCD

化硼

PCBN材料性能

硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500

HV4000抗弯强度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa

2.8GPa

1.5GPa导热系数40-50

20-30

70-100

30-40

146.5

100-120

40-100热稳定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃

＞1000℃化学惰性低惰性大惰性小

惰性小

惰性大耐磨性低低较高高最高

最高

很高一般精度Ra≤0.8高精度

Ra=0.4-0.2加工质量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05

IT5-6