先进制造技术3.4 超高速加工技术.pptVIP

第3章先进制造工艺技术（一） 3.4.1 超高速加工的概念与特征 3.4.2 超高速切削加工的关键技术 3.4.3 超高速磨削加工的关键技术 3.4.4 超高速加工技术的应用 第3章 先进制造工艺技术(一) 第4节 超高速加工技术 3.4.1 超高速加工的概念与特征 1、超高速加工概念： 是采用超硬材料的刀具、磨具和能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，以极高的切削速度，极大地提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术 德国切削物理学家萨洛蒙(Carl Salomon)博士1929年进行了超高速模拟实验。 切削适应区 图1 Salomon切削温度与切削速度曲线 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 2、Salomon切削理论 2、Salomon切削理论 德国切削物理学家萨洛蒙(Carl Salomon)博士于1931年提出的著名切削理论认为：一定的工件材料对应有一个临界切削速度，在该切削速度下其切削温度最高。如图所示为“萨洛蒙曲线”。在常规切削速度范围内(图中A区)，切削温度随着切削速度的增大而提高。在切削速度达到临界切削速度后，随着切削速度的增大切削温度反而下降。 萨洛蒙曲线 热变形小 切屑在极短时间内被切除，绝大部分切 削热被切屑带走； 材料切除率高 切削速度提高的同时，相应的也提高了 进给速度；从而显著提高材料的切除率；（例：超高速铣削，保持切削厚度不变，进给速度可比常规铣削提高5-10倍） 3、超高速加工的特征 切削力、磨削力低 切削：剪切角变大，变形系数减小，切屑流 出速度加快，切削力比常规降低30-90%； 磨削：单位时间参与磨削的磨粒数量增加， 单个磨粒所承受的磨削力变小 工件加工精度高 使机床的激振频率远高于机床-工件-刀具系 统固有频率，加工平稳、振动小。 简化工艺流程 工件加工可在一道工序中完成，降低生产成本。 3、超高速加工的特征 1、 超高速切削刀具 2、 超高速切削机床 3.4.2 超高速切削加工关键技术 超高速切削刀具 适合于超高速切削的刀具： 涂层刀具：韧性较好的基体涂覆金属化合物薄膜，具有更好的表面硬度和优良的切削性能 金属陶瓷刀具：由陶瓷硬质相与金属或合金黏结相组成 ，具有较高的温室硬度、高温硬度及良好的耐磨性 聚晶金刚石（PCD）刀具：摩擦因数低，耐磨性极强，有良好的导热性 立方氮化硼（CBN）刀具：热稳定性好，化学惰性大 材料要求： 高温时的力学性能、热物理性能、抗黏结性能、化学稳定性能、抗热冲击性能、抗涂层破裂性能等。 超高速切削的刀具结构：加工精度、安全性、高效率 超高速切削的刀柄系统：连接刚性、精度、可靠性 超高速主轴系统 快速进给系统 超高速切削机床的结构变化 超高速切削机床 超高速主轴系统 超高速主轴：精度高、振动小、噪音低、结构紧凑 交流伺服电动机内置式集成化结构-电主轴 超高速主轴系统 超高速主轴轴承形式： 陶瓷混合轴承： 轴承滚珠为氮化硅陶瓷；重量轻，热膨胀系数小，硬度高，耐腐蚀，弹性模量高，非磁性，耐高温，超高温时尺寸稳定，但制造难度大、成本高，对拉伸应力和缺口应力敏感。 气浮轴承：高回转精度、高转速、低温升，但承载能力低。 液体静压轴承：运动精度高，动态刚度大，但有油升影响。 磁悬浮轴承：新型高性能、智能化轴承，高精度、高转速、高刚度，但控制结构复杂，造价高。 快速进给系统 超高速切削机床进给系统：能达到很高的进给速度、并且有较大的加速度和较高的定位精度 滚珠丝杆+旋转电机：加速度小于1m/s 2 ，进给速度最高为60m/min。 直线电机：进给速度可达100-800m/min，加速度可达2-10m/s 2 。消除了机械传动间隙和弹性变形，几乎没有反向间隙，是未来机床进给传动的基本形式。 直线电机 结构 3 基座 4 磁