超高速加工技术PPT课件

本节重点介绍高速加工的概念和特点、高速加工的切削速度范围、高速加工的切削理论、高速加工的优势以及高速加工的关键技术高速磨削。高速加工是一个相对的概念。由于不同的加工方法和不同的工件材料具有不同的高速加工范围，很难给出超高速加工切削速度的精确定义。一般来说，超高速加工技术是指采用超硬刀具和磨具的现代制造加工技术，能够可靠地实现高速运动，大大提高材料去除率，保证加工精度和质量。它的切割速度通常比传统的高10倍左右。高速加工技术：采用超硬刀具和磨具的现代制造加工技术，能够可靠地实现高速自动化制造设备，大大提高材料的切削速度，保证加工精度和加工质量。超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。超高速切削：是一种高效的新技术，其切削速度远远高于正常速度。由切削速度和进给速度定义：高速加工的切削速度和进给速度比普通切削高5 10倍。由主轴转速定义：高速加工的主轴转速10000转/分。高速加工的概念和特点以及高速加工的切削速度范围因工件材料的不同而不同。车削：700-7000米/分钟铣削：300-6000米/分钟钻孔：200-1100米/分钟研磨：50-300米/秒钻孔：35-75米/分钟。高速加工的切削速度范围因加工方法而异。1.高速加工的切削速度范围：铝合金：1000-7000米/分钟；铜：900-5000米/分钟；钢：500-2000米/分钟；灰铸铁：800-3000米/分钟；钛：100-1000米/分钟；5.德国切割物理学家卡尔萨尔蒙博士在1929年进行了超高速模拟实验。切割速度变化和切割温度之间的关系如图2所示。1931年4月，根据实验曲线，提出了著名的“所罗门曲线”和高速切削理论。也就是说，某一工件材料对应于切削温度最高的临界切削速度。在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增加而增加。当切削速度达到临界切削速度后，切削温度随着切削速度的增加而降低。灵感：如果切削速度能超过切削“死谷”并在超高速区切削，就有可能使用现有的刀具进行高速切削，从而大大减少切削时间并使机床的生产率提高一倍。切削力低，切削变形小，排屑速度加快，切削力比常规切削力降低30-90%，可加工高质量薄壁零件。3。高速加工的特点，材料去除率高，单位时间的去除率可提高3-5倍；图3加工零件。9、高精度切削的激振频率远高于机床系统的固有频率，加工稳定且振动小；减少了工件加工可以在一个工序中完成的工序，称为“一次通过”技术(Onepassoming)。a是高速切削时的热传导过程，b是常规加工时的热传导过程，图4是热传导对比图，小的热变形引起的温升不超过3C，90%的切削热被切屑带走；应该指出，超高速加工的切削速度不仅是一项技术指标，也是一项经济指标。也就是说，它不仅是技术上可实现的切削速度，而且是可以获得更大经济效益的高切削速度。无经济效益的高切削速度没有工程意义。目前，定位的经济效益指标是：在保证加工精度和加工质量的前提下，将正常切削速度的加工时间减少90%，将加工成本降低50%，从而衡量高切削速度的合理性。超高速加工技术的现状和发展趋势自从德国的萨洛蒙博士在20世纪30年代首次提出高速加工的概念以来，经过20世纪50年代的机理和可行性研究、70年代的技术研究、80年代全面系统的高速加工技术研究，到90年代末，商用高速加工机床大量涌现。21世纪初，高速加工技术在工业发达国家得到广泛应用，并正在成为切削加工的主流技术。工业化国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在这项技术方面，领先的国家主要是德国、日本、美国、意大利等。在超高速加工技术中，超硬材料刀具是超高速加工的前提和前提。超高速切削磨削技术是现代超高速加工技术，而高速数控机床和加工中心是实现超高速加工的关键设备。目前，切削刀具材料已经从碳钢和合金工具钢发展到合成金刚石和聚晶金刚石、立方氮化硼和聚晶立方氮化硼(PCBN)以及高速钢、硬质合金钢和陶瓷材料。随着刀具材料的创新，切削速度也从12m/min提高到1200m/min以上。过去，砂轮材料主要采用刚玉和碳化硅材料。美国的通用电气公司在20世纪50年代是第一个在钻石合成方面取得成功的公司，在20世纪60年代是第一个成功的公司。20世纪90年代，陶瓷或树脂结合的立方氮化硼砂轮和金刚石砂轮的线速度可达125米/秒，有的可达150米/秒，而单层电镀立方氮化硼砂轮的线速度可达250米/秒。因此，有人认为，随着新型刀具(磨具)材料的不断发展，切削速度应每十年提高一倍，亚音速甚至超音速加工不会太远。近年来，高速和超高速加工的实际应用和实验研究在超高速切削技术方面取得了显著的成果。世界上许多著名公司的加工中心，如美国的辛辛那提和英格索尔，日本的木叶，意大利的兰博迪等。具有8000-10000转/分钟的标准主轴速度配置，低于20000转/分钟的可选主轴单元处于商业化阶段。日本日立精机HG 4003加工中心主轴最高转速为36，000-40，000转/分，工作台快速移动速度为36-40米/分。高速磨削在20世纪60年代初，砂轮的磨削速度一度达到90米/秒，但更多的是在45 60米/秒之间。1983年，德国古林公司制造了世界上第一台功率最大的高效深进给磨床，即HEDG磨床，主轴功率为60千瓦，砂轮直径为400毫米，砂轮速度为10000转/分，速度为100 180米/秒。不来梅大学在20世纪90年代取得了世界公认的高水平成果积极开展铝合金、钛合金、铬镍合金等难加工材料的高效深磨研究。 近年来，我国也在高速和超高速加工的各个关键领域开展了更多的研究(如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等)。)并有相应的研究成果。50m/s高速磨削的研究始于1958年，近20年来发展非常缓慢。实验室超高速磨削速度一度达到250米/秒，但离工业化还有很长的路要走。目前，工业应用的磨削速度不能超过100米/秒，显然，我国在超高速磨削技术方面与国外还有很大差距。17、图5HSM600U数控五轴高速加工中心制造商：瑞士Mikron主轴转速：最大42000rpm主轴功率：13KW进给速度：最大40m/min定位精度：0.008mm重复定位精度：0.005mm高速加工技术的开发与应用。18、图6HM系列高速五轴联动小型立式加工中心。19，图9HSM400，硬钢HRC62，铝、铜和塑料工件，具有极高的表面光洁度，图7HSM800，图8 HSM 600，20、高速加工应用(1)航空航天领域。(3)模具制造。24，25，用于剃须刀的石墨电极，用于球形手柄的铜电极，图15，用于高速切割EDM的工具电极，26，和(4)难加工材料领域。硬质金属材料(HRC 55 62)可以代替磨削，精度为IT5IT6，粗糙度为0.2 1um。(5)超精密微加工领域。粗铣整体铝板；精铣去口；钻680个直径为3毫米的小孔，时间为32分钟。图16医疗器械包的高速加工。27、高速加工的关键技术。28，1。超高速切削的刀具技术1)超高速切削的刀具材料(1)涂覆刀具材料通过在刀具基体上涂覆金属复合膜来涂覆刀具，以获得远高于基体的表面硬度和优异的切削性能。常用的刀具基体材料主要包括高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷等。硬质涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、氮化钛铝(TiAlN)、碳氮化钛铝(TiAlN)等。TiAlN具有优异的超高速切削性能，最高工作温度可达800。软涂层刀具(如使用硫属二硫化钼和WS2作为涂层材料的高速钢刀具)主要用于加工高强度铝合金、钛合金或贵金属材料。(2)金属陶瓷刀具材料。金属陶瓷具有高的室温硬度、高温硬度和良好的耐磨性。金属陶瓷材料主要包括高耐磨的碳化钛基硬质合金(碳化钛镍或碳化钼)、高韧性碳化钛基硬质合金(碳化钛碳化钛)、强韧的碳化钛基硬质合金(主要是碳化锡)、高强度和高韧性的TiCN基硬质合金(TiCN+NbC)等。金属陶瓷刀具可以在300 500米/分钟的切削速度范围内完成钢和铸铁的高速车削。(3)陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要包括氧化铝基和氮化硅基材料，它们是通过添加碳化物、氨化物、硼化物、氧化物等获得的。分别注入氧化铝和氮化硅衬底。此外，还有多相陶瓷材料。目前，国外开发的氧化铝基陶瓷刀具约有20个品种，约占陶瓷刀具总量的2/3。氮化硅基陶瓷工具约有10个品种，约占陶瓷工具总量的1/3。陶瓷工具可以切割软钢(如A3钢)、淬火钢、铸铁等。在200 1000 m/min的切割速度范围内高速运转。(4) PCD刀具材料。聚晶金刚石是由金刚石微粉和金属粘结剂在高温高压下聚合而成的多晶材料。虽然它的硬度比单晶金刚石低，但它有较高的抗弯强度和韧性。聚碳酸酯材料还具有高热导率和低摩擦系数。此外，它的价格只有天然钻石的十分之一到十分之一，因此被广泛使用。聚晶金刚石工具主要用于加工耐磨的有色金属和非金属。与硬质合金刀具相比，聚晶金刚石刀具在切削过程中能保持锋利的切削刃和切削效率，其使用寿命一般比硬质合金刀具长10 500倍。(5) CBN刀具材料。立方氮化硼的硬度仅次于金刚石。其突出优点是热稳定性好(140)，化学惰性高，在1200 1300不发生化学反应。CBN刀具具有极高的硬度和红硬性，能承受高切削速度，适用于钢铁工件的超高速加工，是淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等超高速精加工或半精加工的理想刀具材料。33，刀具角度选择：表1超高速切削刀具最佳前后角度的推荐值，34，1)高速主轴，高速指数：dmn值，至少1106，电主轴：交流伺服电机内置集成结构。转子套在机床主轴上，定子安装在主轴单元的壳体内，并水冷或油冷。精度高、振动小、噪音低、结构紧凑。采用的轴承有：滚动轴承(陶瓷轴承)、磁性轴承、空气静压轴承、静压轴承。2。超高速切割机。35、陶瓷球轴承、陶瓷轴承高速主轴结构、36、磁悬浮轴承主轴结构。37岁。38，2。快速进给系统，伺服电机大导程高速pr3个底座，4个磁轨，5个直线电机，6个直线导轨，7个直线光栅，8个平台，9个接口电缆，10个保护盖，图20结构图，3个高性能数控系统，39，图21六杆机床(并联机床结构)，4个高级机床结构，40，图22德国HSK型刀架及其连接结构，5个高速切削刀具系统，41，磨削):一种通过在磨削表面上使用大量磨粒来去除材料的方法磨削速度):是指砂轮表面用于在工件材料上划线和切割的磨粒的运动速度，通常是以米/秒为单位的围绕砂轮的旋转线速度。高速磨削：磨削速度在100米/秒以上。超高速磨削(超高速磨削)是指速度超过：150米/秒的高速磨削，即超过正常速度的五倍。高速研磨。42，1。高速主轴，高速磨削关键技术，图23高速主轴动平衡系统1-信号传输单元2-