超高速加工技術(shù)作業(yè)課件

超高速加工技術(shù)超高速加工技術(shù)技術(shù)概述研究內(nèi)容技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)加工刀具超高速加工技術(shù)的概述超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刃具，通過極大地提高切削速度和進(jìn)給速度來提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。

超高速加工技術(shù)主要包括：超高速切削與磨削機(jī)理研究，超高速主軸單元制造技術(shù)，超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)，超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù)，超高速加工在線自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)等。超高速切削概述

超高速切削（SuperHigh-speedCutting）:采用比常規(guī)速度高得多的切削速度進(jìn)行加工的一種高效新工藝方法。以切削速度和進(jìn)給速度界定：高速加工的切削速度和進(jìn)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。1.超高速切削的速度范圍切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過1600m/min鑄鐵為1500m/min超耐熱鎳合金達(dá)300m/min鈦合金達(dá)150~1000m/min纖維增強(qiáng)塑料為2000~9000m/min各種切削工藝的切速范圍為：車削700~7000m/min，銑削300~6000m/min，鉆削200~1100m/min磨削250m/s1.超高速切削原理

在機(jī)械加工中,切削溫度是一個(gè)重要的制約參數(shù)。根據(jù)德國著名切削物學(xué)家薩洛蒙的超高速切削理論,鋼材的切削速度與切削溫度可用薩洛蒙曲線來表示(參見圖),曲線表明切削速度和切削溫度不是呈線性的。超高速加工技術(shù)研究內(nèi)容圖1薩洛蒙曲線圖2切削速度與摩擦系數(shù)關(guān)系3.高速加工的特點(diǎn)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(shí)間內(nèi)切除率可提高3-5倍；圖3加工零件高精度

切削激振頻率遠(yuǎn)高于機(jī)床系統(tǒng)固有頻率，加工平穩(wěn)、振動(dòng)??；減少工序

工件加工可在一道工序中完成，稱為“一次過”技術(shù)（Onepassmachining）。A為高速切削加工時(shí)的熱傳導(dǎo)過程B為傳統(tǒng)加工的熱傳導(dǎo)過程

圖4熱傳導(dǎo)對(duì)比圖熱變形小

溫升不超過3oC，90%切削熱被切屑帶走；超高速加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

圖HSM600U型數(shù)控五軸高速加工中心

生產(chǎn)廠家：瑞士Mikron主軸轉(zhuǎn)速：最高42000rpm

主軸功率：13KW

進(jìn)給速度：最高40m/min

定位精度：0.008mm

重復(fù)定位精度：0.005mmHSM400加工極高表面光潔度的硬鋼HRC62、鋁、銅、塑料工件HSM800HSM600瑞士GF阿奇夏米爾

MIKRONHSM400ULP超精密高速銑削加工中心超高速加工技術(shù)的應(yīng)用

航空工業(yè)

飛機(jī)制造通常需要切削加工長鋁合金零件、薄層腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不在采用鉚接工藝，從而降低飛機(jī)重量。

飛機(jī)中多數(shù)零件是從從原材料中切除80%-90%的多余材料而成，即所謂的“整體制造法”、在整體上掏空加工形成多筋薄壁構(gòu)件，其金屬切削量是相當(dāng)?shù)拇螅@正是高速切削的永無之地。采用高速加工?？墒辜庸ば侍岣?-10倍，其尺寸精度和表面質(zhì)量都達(dá)到無需再光整加工過的水平。圖5

波音公司的F15戰(zhàn)斗機(jī)的起動(dòng)減速板鋁合金整體零件：整體零件“掏空”，切除量大零件有薄壁，要求小切削力小直徑刀具較長的刀具懸伸圖6高速銑削典型工件模具制造當(dāng)采用高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、低切削深度的加工方法時(shí)，對(duì)淬硬鋼模具型腔加工可獲得較佳的表面質(zhì)量，可省去后續(xù)的電加工和手工研磨等程序。3.汽車制造

汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的箱體、氣缸蓋大多采用組合機(jī)床加工。國外的汽車工業(yè)以及上海大眾、上海通用公司，對(duì)技術(shù)要求變化較快的汽車零件，如汽缸蓋的氣門數(shù)目及參數(shù)經(jīng)常變化，現(xiàn)一律采用高速加工中心來加工。高速加工中心將柔性生產(chǎn)線的效率提高到組合機(jī)床生產(chǎn)線的水平。模具制造

圖7

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(shí)間100%1010.10.010.001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b）高速模具加工的過程圖8兩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4.難加工材料的加工鎳基高溫合金和鈦合金常用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件，因?yàn)樗麄兒茈y加工，一般采用很低的切削速度。如采用高速與超高速加工，則可大幅的提高生產(chǎn)率，減小刀具磨損，提高零件的表面質(zhì)量。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料切削時(shí)對(duì)刀具有十分嚴(yán)重的刻畫作用，刀具磨損非?？臁Ｓ镁劬Ы饎偸毒哌M(jìn)行高速加工，收到滿意的效果，不僅防止出現(xiàn)“層間剝離”，而且效果好、質(zhì)量好。

超高速加工刀夾及刀具的選用1高速主軸的刀夾超高速加工要求確保高速下主軸與刀具連結(jié)狀態(tài)不能發(fā)生變化,并且對(duì)動(dòng)態(tài)平衡要求非常高,不僅要求主軸要有精密的動(dòng)平衡,而且刀具裝夾機(jī)構(gòu)也需精密動(dòng)平衡。在超高速加工時(shí),由于離心力的作用,主軸與刀具結(jié)合部位的錐孔會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)展效應(yīng),不僅會(huì)影響刀具和主軸的連接剛度,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)飛出傷人。國外在這方面做了大量的研究開發(fā)工作,推出了幾種方案。Kelch公司提供的收縮夾緊系統(tǒng)，收縮夾緊包括加熱刀夾Sohunk公司生產(chǎn)的Tribos動(dòng)力收縮系統(tǒng)德國開發(fā)的HSK刀夾美國肯納公司開發(fā)的KM系統(tǒng)日本開發(fā)的BigPlus刀具夾緊系統(tǒng)2.高速加工常用的刀具材料

高速切削加工要求材料與被加工材料的化學(xué)親合力要小,并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性和耐磨性。目前高速切削中刀具材料有單涂層或多涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、立方氧化硼(CBN)、聚晶金剛石等。(1)涂層硬質(zhì)合金刀具(2)金屬陶瓷和涂層金屬陶瓷(4)超硬材料立方氮化硼(5)超硬材料金剛石超高速加工技術(shù)是先進(jìn)的加