高速切削技术1.ppt

先进制造技术专题高速切削技术 先进制造技术专题高速切削技术 切削技术的新发展高速切削的定义高速切削的特征和应用领域面向高速切削的切削刀具面向高速切削的制造装备面向高速切削的夹紧技术高速切削的安全防护 先进制造技术专题高速切削技术 提高加工质量 降低加工成本 提高生产率 切削加工 提高柔性提高切削速度提高精度扩大加工材料范围减少消耗 柔性制造系统高速切削精密与超精密加工硬材料切削干切削与微切削 目标 手段 切削技术的新发展 先进制造技术专题高速切削技术 切削技术的新发展 高速切削 干切削 硬切削 边界条件机床与装备 机床新概念 驱动系统 控制系统 夹紧系统刀具 刀具材料 刀具涂层 标准化与多功能化刀具 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的定义 高速切削是一个相对概念 是相对常规切削而言 用较高的切削速度对工件进行切削 一般认为应是常规切削速度的5 10倍 高速切削的速度范围与加工方法和工件材料密切相关 HSC High Speed CuttingHSM High Speed MachiningHSM High Speed MillingHSD High Speed DrillingHST High Speed TurningHSTM High Speed Turn Milling 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的定义 高速范围与加工材料密切相关 来源 PTW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的定义 高速范围与加工方法密切相关 车削 700 7000m min 铣削 300 6000m min 钻削 200 1100m min 磨削 150m s以上 例如 在切削灰铸铁时 1000m min以上才是高速车削 而400m min就定义为高速钻削 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的定义 20世纪20年代德国物理学家Carl J Salomon提出高速加工的理论 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的定义 20世纪80年代以来 新型刀具材料的发展为高速切削的实际应用创造了条件 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 来源 PTW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 工件材料 X100CrMoV51 2363 60HRC刀具 球头刀 d 6mm刀刃数 2 CBN时1 刀具材料 HM 硬质合金 TiN涂层CBN 立方氮化錋Cermet 金属陶瓷 切削速度 刀具寿命 切削速度对刀具寿命的影响 来源 PTW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 提高单位时间的切除量 降低产品的制造时间 常规铣削 高速铣削 后续工作精加工半精加工粗加工加工准备设计 来源 BMW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 提高加工表面质量 行距 行距 实际轮廓 要求轮廓 加工余量 行距 来源 PTW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 降低切削力 切削速度 主切削力 用PCD刀具材料车削铝合金 来源 PTW 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的特征 减少传递给工件的热量 切屑和接触面之间的接触区域产生的高温会导致温度效应并降低工件材料变形的阻力剪切角增大切削热大部分由切屑快速带走避免积屑瘤的产生 工件 后刀面 刀具 前刀面 接触区 高速切削的剪切角 常规切削的剪切角 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的优点 高单位时间切除率 降低加工成本高加工表面质量 提高加工精度低切削力 降低加工系统力变形高激励频率 避免自激振荡切削热由切屑带走 减少工件热变形减少后续工序 降低加工成本 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的应用领域 航空航天工业轻合金的加工 飞机上的零件通常采用 整体制造法 其金属切除量相当大 一般在70 以上 采用高速切削可以大大缩短切削时间 模具制造业 型腔加工同样有很大的金属切除量 过去一直为电加工所垄断 其加工效率低 汽车工业 对技术变化较快的汽车零件 采用高速加工 过去多用组合机加工 柔性差 难加工材料的加工 如 Ni基高温合金和Ti合金 纤维增强复合材料加工精密零件加工薄壁易变形零件的加工 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削的应用领域 例1 高精度铝质模具型腔加工 在传统铣削加工中 由于铝熔点低 铝屑容易粘附在刀具上 虽经后续的铲刮 抛光工序 型腔也很难达到精度要求 在制时间达60小时 高速铣削分粗 精两道工序 n精 20000r min ap 0 2mm vf 5m min 加工周期仅为6小时 完全达到精度要求 例2 塑料的轮胎型芯加工 用传统方法 手工 需十几道工序 在制时间20天以上 也很难达到复杂轮胎花纹的技术要求 采用高速铣削 n 18000r min ap 2mm vf 10m min 在制时间仅24小时就完全达到了工艺要求 先进制造技术专题高速切削技术 实现高速切削的关键技术 高速切削机理及工艺高性能刀具材料及刀具设计制造技术高性能机床及其附件 机床结构及材料 机床设计制造技术 高速主轴系统 快速进给系统 高性能CNC系统 高性能刀具及工件夹紧系统 高效高精度测量测试技术 安全防护技术 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削刀具 适用于高速切削的刀具材料 涂层硬质合金 金属陶瓷 刀具陶瓷 CBN及PCD 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削刀具 特点 三高一专 即高效率 高精度 高可靠性和专用化 在基体上焊接刀片 材料CBN PCD 的HSC刀具 以高强度铝合金做基体的HSC端面铣刀 带内部冷却的钻头 先进制造技术专题高速切削技术 高速切削刀具装卡系统 最小的动不平衡量最小的径向偏差高刚性传递高扭矩高精度换刀时的高重复精度高转速下的安全性 要求 方案 用空心短锥柄 HSK系列 取代快换锥柄 SK系列 通过主轴端面进行轴向定位 主轴和空心锥柄的胀塞配合 HSK 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削机床 对高速切削机床要求 床身等固定部件的高刚度和高抗振性主轴的高转速和高加速度进给系统的高进给速度和高加速度主轴轴承的高刚度和高抗振性优化的切屑下落及运送系统可靠的安全防护系统 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削机床 设计特征 高速电机主轴 直线电机 Z轴 混凝土聚合物床身框架 焊接结构横梁 焊接结构XY工作台直线电机驱动 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削机床 高速电机主轴 驱动电机与主轴的一体化转速至80 000r min 用于小直径刀具的高速切削大转速范围内的高扭矩输出首选球轴承 液压轴承 气压轴承或磁轴承 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削机床 对进给系统的要求 主轴转速n 进给速度vf 高进给速度 20m min高进给加速度 0 5g 先进制造技术专题高速切削技术 面向高速切削的切削机床 直线进给电机 位置测量系统 机床滑台 初级线圈 次级线圈 导轨 技术指标 vf 75m mina