超高速加工技術演示文稿

超高速加工技術演示文稿當前第1頁\共有27頁\編于星期三\11點優(yōu)選超高速加工技術當前第2頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的基本概念高速加工技術：采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地實現(xiàn)高速運動的自動化制造設備，極大地提高材料的切除率，并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術。超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。

超高速切削（SuperHigh-speedCutting）:采用比常規(guī)速度高得多的切削速度進行加工的一種高效新工藝方法。以切削速度和進給速度界定：

高速加工的切削速度和進給速度為普通切削的5～10倍。以主軸轉(zhuǎn)速界定：高速加工的主軸轉(zhuǎn)速≥10000r/min。索引當前第3頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的內(nèi)涵

德國切削物理學家薩洛蒙（CarlSalomon）博士于1931年提出的著名切削理論認為：一定的工件材料對應有一個臨界切削速度，在該切削速度下其切削溫度最高。在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度溫度隨著切削速度的增加而提高。在切削速度達到臨界切削速度后，隨著切削速度的增大切削溫度反而下降。當前第4頁\共有27頁\編于星期三\11點啟示：如果切削速度能超過切削“死谷”在超高速區(qū)內(nèi)進行切削，則有可能用現(xiàn)在的刀具進行高速切削，從而大大減少切削工時，成倍的提高機床的生產(chǎn)率。薩洛蒙曲線超高速加工的內(nèi)涵當前第5頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的內(nèi)涵德國切削物理學家CarlSalmon博士1929年進行了超高速模擬實驗。索引當前第6頁\共有27頁\編于星期三\11點V=高速加工切削速度的范圍

高速加工切削速度范圍因不同的工件材料而異◎車削(Turing)：700-7000m/min◎銑削(Milling)：300-6000m/min◎鉆削(Drilling)：200-1100m/min◎磨削(Grinding)：50-300m/s

◎鏜削（Boring）：35-75m/min

高速加工切削速度范圍隨加工方法不同也有所不同◎鋁合金(AluminumAlloy)：1000-7000m/min◎銅(Cu)：900-5000m/min◎鋼(Steel)：500-2000m/min◎灰鑄鐵(Graycastiron)：800-3000m/min◎鈦(Ti)：100-1000m/min索引當前第7頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的特點切削力低

切削變形小，切屑流出速度加快，切削力比常規(guī)降低30-90%，可高質(zhì)量地加工出薄壁零件；材料切除率高

單位時間內(nèi)切除率可提高3-5倍；圖加工零件當前第8頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的特點加工能耗低

超高速切削時，單位功率的金屬切除率顯著增大。如克希德飛機制造公司的鋁合金超高速銑銷，主軸轉(zhuǎn)速從4000r/min提高到20000r/min，切削力減少了30%，金屬切除率提高了3倍，工件的制造時間短，從而提高了能源和設備的利用率，適用于材料切除率要求大的場合，如汽車、模具和航天航空等制造領域。工藝系統(tǒng)振動小

在超高速加工中，由于機床主軸轉(zhuǎn)速很高，激勵振動的頻率遠離機床固有振動頻率，因此可使工藝振動減小，提高加工質(zhì)量。當前第9頁\共有27頁\編于星期三\11點超高速加工的特點高精度

切削激振頻率遠高于機床系統(tǒng)固有頻率，加工平穩(wěn)、振動小；減少工序

工件加工可在一道工序中完成，稱為“一次過”技術（Onepassmachining）。

A為高速切削加工時的熱傳導過程

B為傳統(tǒng)加工的熱傳導過程圖熱傳導對比圖熱變形小

溫升不超過3oC，90%切削熱被切屑帶走；索引當前第10頁\共有27頁\編于星期三\11點

圖

HSM600U型數(shù)控五軸高速加工中心

生產(chǎn)廠家：Mikron

主軸轉(zhuǎn)速：最高42000rpm主軸功率：13KW

進給速度：最高40m/min

定位精度：0.008mm

重復定位精度：0.005mm超高速加工的應用當前第11頁\共有27頁\編于星期三\11點圖

HSM400加工極高表面光潔度的硬鋼HRC62、鋁、銅、塑料工件圖

HSM800圖

HSM600超高速加工的應用當前第12頁\共有27頁\編于星期三\11點（1）模具制造

圖采用高速加工縮短模具制作周期（日產(chǎn)汽車公司）與最終尺寸差值/mm加工時間100%粗加工精加工手工精修傳統(tǒng)加工方法高速切削少量手工精修0.11100.00010.01超高速加工的應用當前第13頁\共有27頁\編于星期三\11點b）高速模具加工的過程圖兩種模具加工過程比較1硬化毛坯→2粗銑→3半精銑→4精銑→5手工磨修

a）傳統(tǒng)模具加工的過程1毛坯→2粗銑→3半精銑

→

4熱處理

→5電火花加工→6精銑→7手工磨修

電極制造當前第14頁\共有27頁\編于星期三\11點

（2）汽車制造專用機床5軸×4工序=20軸（3萬件/月）剛性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔型固定不變）1234鉆孔表面倒棱內(nèi)側(cè)倒棱鉸孔表面和內(nèi)側(cè)倒棱高速鉆孔高速加工中心1臺1軸1工序（3萬件/月）柔性（零件、孔數(shù)、孔徑、孔型可變）圖汽車輪轂螺栓孔高速加工實例（日產(chǎn)公司）超高速加工的應用當前第15頁\共有27頁\編于星期三\11點

（3）難加工材料領域

硬金屬材料（HRC55～62），可代替磨削，精度可達IT5~IT6級，粗糙度可達0.2～1um

（4）超精密微細切削加工領域。粗銑整體鋁板；精銑去口；鉆680個直徑為3mm的小孔。時間:32min。圖

高速切削加工醫(yī)用藥盒索引超高速加工的應用當前第16頁\共有27頁\編于星期三\11點（1）高速主軸

當前，主軸高速在結(jié)構(gòu)上幾乎全部采用主軸電動機與主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式，簡稱電主軸，交流伺服電動機內(nèi)置式集成化結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子套裝在機床的主軸上，定子安裝在主軸單元的殼體中，采用水冷或油冷循環(huán)系統(tǒng)使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時保持恒定的溫度。這樣的主軸結(jié)構(gòu)精度高、振動小、噪聲低、結(jié)構(gòu)緊湊。

采用的軸承有：滾動軸承（陶瓷軸承）、磁浮軸承、氣體靜壓軸承、液體靜壓軸承。

高速化單元是高速加工機床最關鍵的部件。在超高速運轉(zhuǎn)的條件下，傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳動方式已不能適應要求，為適應這種切削加工，高速主軸應具有先進的主軸結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的主軸軸承、良好的潤滑和散熱系統(tǒng)等。高速化指標：dn值，至少達到1×106進給速度在10m/min以上

超高速加工的關鍵技術當前第17頁\共有27頁\編于星期三\11點陶瓷球軸承圖

陶瓷軸承高速主軸密封圈電主軸陶瓷球軸承冷卻水冷卻水陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)圖

陶瓷軸承高速主軸旋轉(zhuǎn)變壓器當前第18頁\共有27頁\編于星期三\11點前輔助軸承電主軸雙面軸向推力軸承前徑向軸承后徑向軸承后輔助軸承前徑向傳感器后徑向傳感器軸向傳感器圖

磁浮軸承高速主軸磁浮軸承主軸結(jié)構(gòu)當前第19頁\共有27頁\編于星期三\11點放大器電磁鐵（定子）傳感器轉(zhuǎn)子

圖

磁懸浮軸承工作原理控制器當前第20頁\共有27頁\編于星期三\11點（2）快速進給系統(tǒng)伺服電動機+大導程高速精密滾珠絲杠副；直流直線電機、交流永磁同步直線電動機、交流感應異步直線電動機的進給系統(tǒng)。3基座4磁性軌道5直線電機6直線導軌7直線光柵8平臺9接口電纜10防護罩

圖

結(jié)構(gòu)圖超高速加工的關鍵技術當前第21頁\共有27頁\編于星期三\11點（3）高性能的CNC控制系統(tǒng)（4）先進的機床結(jié)構(gòu)用于高速加工的CNC控制系統(tǒng)必須具有很高的運算速度和運算精度以及快速響應的伺服控制，以滿足高速及復雜型腔的加工要求。為了適應粗、精加工，輕重切削負荷和快速移動的要求，同時要保證高精度和高速切削，機床床身必須具有足夠的剛度、強度和高的阻尼特性及熱穩(wěn)定性。超高速加工的關鍵技術當前第22頁\共有27頁\編于星期三\11點（5）高速切削的刀具系統(tǒng)工件材料最佳前角數(shù)值最佳后角數(shù)值鋁合金12°~15°13°~15°銅材0°~5°12°~16°鑄鐵0°12°銅合金8°16°纖維強化復合材料20°15°~20°表

超高速切削刀具最佳前角和后角推薦值索引超高速加工的關鍵技術當前第23頁\共有27頁\編于星期三\11點磨削(Grinding):借助于砂輪表面大量磨粒作切削刃去除材料的一種方法。磨削速度(Grindingspeed):指砂輪表面磨粒在工件材料上進行刻劃切削的運動速度，通常就是砂輪周邊的回轉(zhuǎn)線速度，單位m/s。高速磨削(High-speedgrinding):磨削速度在100m/s以上。超高速磨削(Superhigh-speedgrinding):150m/s以上即常規(guī)速度五倍以上的高速磨削。高速磨削的基本概念當前第24頁\共有27頁\編于星期三\11點圖高速主軸動平衡系統(tǒng)1-信號傳送單元2-緊固發(fā)蘭盤3-內(nèi)裝電子驅(qū)動平衡塊4-磨床主軸

高速磨削的關鍵技術（1）高速主軸當前第25頁\共有27頁\編于星期三\11點圖直線電機驅(qū)動高速平面磨床（2）高速磨床結(jié)構(gòu)高速磨削的關鍵技術當前