高速加工技术讲述.ppt

郭德伟 机械制造技术基础 3.7 高速加工技术 High Speed Machining Technology 第3章 切削与磨削原理 Cutting and Grinding Theory 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。 Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念。 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≥10000 r/min。 3.7.1 高速加工概述 高速加工定义 3.7.1 高速加工概述 图3-47 Salomon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 0 600 1200 1800 2400 3000 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 1200 800 400 切削温度/℃ 切削适应区 非铁金属 图3-46 高速与超高速切削速度范围 10 100 1000 10000 切削速度V（m/min） 塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金 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 ◎车削： 700-7000 m/min ◎铣削： 300-6000 m/min ◎钻削： 200-1100 m/min ◎磨削： 50-300 m/s 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同 3.7.1 高速加工概述 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 高速加工的特点 3.7.1 高速加工概述 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。 3.7.1 高速加工概述 高速加工的关键技术 高速加工机床技术 3.7.2 高速加工机床与刀具 高速主轴 采用电动主轴（电机与主轴作成一体） 主轴轴承 高速进给系统 高速CNC系统 高刚度的床体结构 切屑处理和温控系统 安全装置和实时监控系统 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 3.7.2 高速加工机床与刀具 高速主轴 陶瓷轴承高速主轴结构 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 3.7.2 高速加工机床与刀具 回转精度高，