高速加工工藝技術(shù)應(yīng)用

1、高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用主講：鐘志勝2021年8月10日.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用摘要： 目前，高速加工除了在航空航天、船舶、模具、汽車等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用之外，在3C行業(yè)也得到了空前運(yùn)用。這類零件大多是構(gòu)造復(fù)雜、薄壁剛性差，在通常加工過程中極易產(chǎn)生變形，較難滿足加工外表質(zhì)量與加工尺寸精度要求。為此，高速加工為產(chǎn)品零件的加工提供了效率、外表質(zhì)量和尺寸精度保證。本文以典型的3C鋁合金薄壁件(手機(jī)機(jī)殼、數(shù)控系統(tǒng)操作面板)高速加工為研討對象，運(yùn)用華中8型智能數(shù)控系統(tǒng)對鋁合金的高速加工工藝技術(shù)進(jìn)展討論，以提高或展現(xiàn)產(chǎn)品加工的實(shí)踐效能。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用關(guān)鍵詞： 高速加工 形變控制 智能工藝與編程技術(shù) 刀具選

2、擇 切削參數(shù) 檢測與智能修正.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用1.高速加工背景與現(xiàn)狀1.1 背景源于：市場日益猛烈的時間、效率、本錢的競爭： a) 快的設(shè)計開發(fā)速度 b) 極少的工序步驟及周轉(zhuǎn) c) 產(chǎn)品價值優(yōu)勢/規(guī)模化消費(fèi)加工 新資料及復(fù)雜的三維曲面外形加工要求： a) 突破傳統(tǒng)/創(chuàng)新驅(qū)動 b) 薄壁復(fù)雜零件/大切除量 C) 3C鋁合金、不銹鋼資料加工高硬資料及超高的外表加工質(zhì)量要求: a) 以車或銑代磨 b減少電加工工序和鉗工工序 .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用1.2 現(xiàn)狀 高速加工是一項(xiàng)集設(shè)備、控制系統(tǒng)、刀量具、加工工藝技術(shù)與編程、監(jiān)測與檢測、工具系統(tǒng)、CAD/CAM等為一體的加工技術(shù)方法，其采用全新的加工

3、工藝，在刀具、切削用量、走刀途徑及程序編制等方面，都不同于傳統(tǒng)的數(shù)控加工。 當(dāng)前現(xiàn)狀： 1) 企業(yè)高速加工設(shè)備少，大都是主軸轉(zhuǎn)速15000rpm以下的設(shè)備，難以實(shí)現(xiàn)高速加工要求； 2) 新工藝、新方法創(chuàng)新驅(qū)動不夠，傳統(tǒng)加工方式與方法根深蒂固，導(dǎo)致有高速設(shè)備的企業(yè)長期任務(wù)在8000rpm以下，未能發(fā)揚(yáng)高速加工功能； 3) 企業(yè)配備的刀具、工具系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)高速加工要求，現(xiàn)有的工藝也難以順應(yīng)高速加工要求。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用1.2 現(xiàn)狀 當(dāng)前現(xiàn)狀與先進(jìn)制造的高速加工存在以下主要差距： 1) 高速加工零件毛坯制造技術(shù)的差距； 2) 高速加工設(shè)備制造技術(shù)的差距； 3) 高速加工刀具制造技術(shù)的差距； 4

4、) 高速加工工藝智能技術(shù)的差距； 5) 高速加工檢測(機(jī)器人)與監(jiān)測反響修 正技術(shù)的差距； 6) 上、下料運(yùn)用機(jī)器人或機(jī)器手的差距。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用2.高速加工的必備條件2.1 機(jī)床 高速加工機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的前提和根本條件，其種類涵蓋了數(shù)控機(jī)床和精細(xì)機(jī)床，其構(gòu)造特點(diǎn)應(yīng)具有足夠的承載才干、高剛性、熱穩(wěn)定性、耐沖擊性和抗震性，確保設(shè)備具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性。主軸單元可以平穩(wěn)提供高轉(zhuǎn)速功率、扭矩呼應(yīng)，進(jìn)給單元能平穩(wěn)提供快速進(jìn)給功率、扭矩及快速工進(jìn)呼應(yīng)，主軸單元和進(jìn)給單元能精準(zhǔn)提供加或減速度與修正。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用2.高速加工的必備條件2.2 工具系統(tǒng)2.2.1 高速刀柄(20000r

5、pm) 主要指具有動平衡的高精度刀柄。1) 7/24錐度的常規(guī)ISO、BT、SK高速動平衡刀柄；2) DIN69893-1的HSK系列高速動平衡刀柄；3) 高速刀柄配套件，如拉釘、卡芯等。實(shí)例2.2.2 刀具 高速加工切削是指刀具切削刃相對于零件外表的切削運(yùn)動(或挪動)速度超越普通切削速度的510倍，主要表達(dá)在刀具的快進(jìn)、工進(jìn)、快退三個環(huán)節(jié)上，要順應(yīng)現(xiàn)代消費(fèi)快速反響的運(yùn)用特點(diǎn)。實(shí)例.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用2.2.2 刀具 刀具合理選擇主要是資料、涂層、幾何外形與尺寸。高速加工通常以高轉(zhuǎn)速、小切削量、高工進(jìn)進(jìn)給加工，其切屑去除率比普通數(shù)控加工要高，表現(xiàn)為：加工效率高、切削變形小、設(shè)備沖擊小、外表質(zhì)

6、量高。 刀具類別及方式(實(shí)例)1) 粉末冶金高鈷高速鋼涂層刀具(高速加工用磨制) 對有色金屬大切削深度的高速工進(jìn)有上佳表現(xiàn)。2) 超細(xì)晶體微粒(0.1m)硬質(zhì)合金涂層刀具 大切削深度加工不銹鋼、鈦合金、高溫合金有上佳表現(xiàn).高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3) 超細(xì)晶體微粒(0.1m)硬質(zhì)合金涂層PCD刀具 大切削深度、高速工進(jìn)加工復(fù)合資料有上佳表現(xiàn)4) 金屬陶瓷刀具(TiC(N)基硬質(zhì)合金) 高速車削低碳鋼有上佳表現(xiàn)5) 陶瓷刀具 高速加工有色金屬有上佳表現(xiàn)6) CBN刀具(立方氮化硼) 高速加工鈦合金、高溫合金、復(fù)合資料及高硬度鋼 有上佳表現(xiàn) 7) PCD刀具(金剛石) 高速加工有色金屬、高硬資料、復(fù)合

7、資料有上佳表現(xiàn).高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用2.2.3 工裝夾具 根據(jù)產(chǎn)品零件特定設(shè)計、制造適宜高速加工的裝夾、定位的工裝夾具。 1) 通用簡易工裝(通豁性) 2) 公用特制工裝(針對產(chǎn)品) 3) 高精度組合工裝(瑞士EROWA夾具) 4) 快速氣動或液壓工裝(真空吸盤或液壓鎖緊)2.3 高速加工的在線檢測與監(jiān)測修正 在線檢測主要直接檢測零件加工的幾何形變或尺寸精度(英國RENISHAW)；監(jiān)測修正主要對刀具磨損進(jìn)展間接丈量，從而對刀具磨損進(jìn)展補(bǔ)償，以到達(dá)修正加工尺寸精度。 智能化工藝性修正，以實(shí)時修正、完善程序。 .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用2.4 設(shè)備環(huán)境機(jī)床地面平整鞏固；輕質(zhì)機(jī)床地腳必需防震、抗震，重

8、質(zhì)機(jī)床需做防震層或做防震溝；做必要的零地；配制必要的抗干擾電源；配用清潔的氣、液源；配用高速加工切削液。 .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.高速加工工藝與編程3.1 高速加工的特點(diǎn) 1) 主軸高轉(zhuǎn)速 國內(nèi)20000rpm50000rpm ,進(jìn)口24000rpm100000rpm 中心部件軸承，目前高速主軸主要采用3種非凡軸承：陶瓷軸承、磁力軸承、空氣軸承。 2) 工進(jìn)高進(jìn)給、進(jìn)退高位移、加減速高呼應(yīng) 直線電機(jī)具有高加、減速特性，加速度可達(dá)1g2g，為傳統(tǒng)驅(qū)動安裝的1020倍，進(jìn)給速度是傳統(tǒng)的45倍。 3) CNC控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)高可靠呼應(yīng) 傳輸速度快、抗干擾才干強(qiáng)，CPU運(yùn)算速度快，預(yù)讀單元及NURBS功

9、能等要高相應(yīng)匹配CNC控制器，才干發(fā)揚(yáng)高速切削加工的效能。 .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.1 高速加工的特點(diǎn) 4) 產(chǎn)品批量化、定制化 5) 工序高集中、切屑高切除率 6) 工藝高智能(方案、刀軌、干涉、工進(jìn)、形變)、編程高優(yōu)化(CAD/CAM、仿真優(yōu)化軟件、電參數(shù)監(jiān)測) 7) 相對加工本錢高 機(jī)床價值高、設(shè)備折舊本錢大，對環(huán)境要求高(抗震、抗干擾)，刀柄、刀具費(fèi)用高，冷卻、光滑要求高。 為此，針對高速加工其特點(diǎn)，制定相應(yīng)的加工工藝方案與編程。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2 高速加工工藝方案3.2.1 高速加工工藝流程 產(chǎn)品圖紙工藝設(shè)計工裝預(yù)備設(shè)備選定刀具精選確定檢測 明確產(chǎn)品資料形狀資料應(yīng)力變形控

10、制 資料形狀處置方式 明確尺寸鏈及公差等級精度控制切削形變及熱變形控制 明確形位公差及表觀質(zhì)量定位變形及剛性控制、切削形狀控制 制定工藝工序步驟 CAD/CAM編程VERICUT模擬仿真軟件進(jìn)展干涉演示檢查 確定刀具進(jìn)退途徑調(diào)整刀具切削進(jìn)退方式優(yōu)化刀具軌跡 產(chǎn)品檢測刀具軌跡微調(diào)優(yōu)化切削參數(shù)調(diào)整優(yōu)化 試加工 產(chǎn)品在線檢測工藝智能優(yōu)化反響 批消費(fèi).高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2.2 高速加工變形控制 1.零件資料應(yīng)力變形控制切削前 2.零件切削變形控制切削中 1)切削應(yīng)力變形切削力導(dǎo)致變形 2)切削熱變形溫度導(dǎo)致變形 3)幾何變形幾何構(gòu)造相互作用內(nèi)力導(dǎo)致變形 4)裝夾變形外力導(dǎo)致變形 3.零件存儲變形

11、控制切削后 1)環(huán)境溫度控制 2)環(huán)境振動源控制 3)放置穩(wěn)定性控制.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2.3 高速加工刀具系統(tǒng) 1.刀柄及其附件 1) 刀柄的規(guī)范 GB/JIS/ISO/DIN 2) 刀柄本體 資料穩(wěn)定性抗腐蝕抗磨 精度動平衡高速 3) 拉釘穩(wěn)定性抗腐蝕抗磨高精度 2.刀具及其選用 1) 刀具母材(前面已討論了7種母材種類方式) 2) 刀具幾何角度(針對產(chǎn)品加工用途討論) 3) 刀具涂層 .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2.3 高速加工工具系統(tǒng) 3) 刀具涂層 刀具涂層化學(xué)涂層(CVD)物理涂層(PVD)涂層成分涂層構(gòu)造軟涂層硬涂層單一涂層復(fù)合涂層梯度涂層多層涂層納米多層涂層納米復(fù)合構(gòu)造涂層

12、.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2.3 高速加工工具系統(tǒng) 3) 刀具涂層 PVD的硬涂層以TiN、TiCN、TiAlN為代表；軟涂層目前不多，主要改善切屑時的光滑，耐磨性差。 PVD的單一涂層很好了解，復(fù)合涂層主要是硬涂層+軟涂層較普遍；梯度涂層主要是涂層成分沿薄膜縱向生長方向逐漸發(fā)生變化、導(dǎo)致涂層化學(xué)元素比例發(fā)生變化，改善涂層組織構(gòu)造；多層涂層最有代表性的AlN+TiN、TiAlN+TiN；納米多層涂層最有代表性的AlN+TiN、AlN+TiN+CrN,構(gòu)造膜硬度達(dá)40GPa在高溫下能保證高硬度；納米復(fù)合構(gòu)造涂層的構(gòu)造膜硬度達(dá)50GPa，在切屑溫度9001100高溫下能保證高硬度，特別適宜高溫合金

13、資料加工選擇。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.2.4 高速加工工藝裝夾 1.工裝 1) 通用工裝 注重通豁性和“萬能工裝 2) 公用工裝 針對特定產(chǎn)品設(shè)計消費(fèi)的定位裝夾工裝 3) 高精度快速組換工裝 “積木式組合定位工裝(瑞士EROWA夾具) 4) 快速氣壓、液壓工裝 在運(yùn)用以上定位裝夾工裝時，控制裝夾變形是重點(diǎn) .高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用3.3 高速加工編程 數(shù)控加工編程可借助CAM軟件進(jìn)展編程，然而高速加工編程與普通的普通數(shù)控加工編程是有些區(qū)別的： 1.刀具軌跡與途徑； 2.刀具的進(jìn)退方式，入刀點(diǎn)、出刀點(diǎn)與其入刀、出刀方式； 3.對加工的邊境定義及加工島嶼的定義； 4.經(jīng)過程序編程改動加工中應(yīng)力變化

14、、切削熱變化、幾何形體變化、切屑的排暢尤為重要； 5.編程的模擬化、智能化演示與反響修善； 6.高速加工程序與切削參數(shù)的匹配 7.高速加工程序與實(shí)體特征化的實(shí)現(xiàn)。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用4.高速加工實(shí)例4.1 鋁合金高速加工(鋁合金加工的公用刀具) 1.手機(jī)中間框.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用 2.手機(jī)邊框.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用4.2 不銹鋼高速加工 1Cr18Ni9Ti艙體 現(xiàn)場操作演示： 不銹鋼加工的公用刀具 刀具特點(diǎn)： 1) 刀具母材金相顆粒0.2m0.1m； 2) 刀具導(dǎo)程較大且螺旋槽光潔，主要是便于排 屑，防止粘刀； 3) 刀具涂層耐高溫; 4) 刀具很高的耐磨性； 5) 刀具鋒利。.高速加工工藝技術(shù)運(yùn)用4.3 鈦合金高速加工 鈦合金加工的公用刀具