05第二节-高速与超高速加工技术

第三章先进制造工艺技术,第二节高速加工及超高速加工技术,一、超高速加工技术的内涵、范围,内涵：采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术，其切削速度通常比常规高10倍左右。,不同加工工艺、加工材料超高速加工切削速度范围,二、超高速加工技术的现状及发展趋势,20世纪30年代：德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念50年代：机理与可行性研究70年代：工艺技术研究80年代：全面系统的高速切削技术研究90年代初：高速切削技术开始进入实用化90年代后期：商品化高速切削机床大量涌现21世纪初：高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，成为切削加工的主流技术。,工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。国内在超高速磨削技术方面与国外差距巨大。,二、超高速加工技术的现状及发展趋势,超高速加工的前提和先决条件：超硬材料工具超高速加工的工艺方法：超高速切削磨削技术超高速加工的关键设备：高速数控机床和加工中心,二、超高速加工技术的现状及发展趋势,刀具材料：从碳素钢和合金工具钢，高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及聚晶金刚石、立方氮化硼及聚晶立方氮化硼切削速度：随着刀具材料创新从12m/min提高到1200m/min以上亚音速、超声速加工,二、超高速加工技术的现状及发展趋势,三、超高速加工技术的优势,超高速切削加工的优越性：,1、加工效率高：切削速度、进给速度比常规切削高510倍，加工时间通常可缩减到原来的13。2、切削力小：加工切削力比常规降低30，单位功率材料切除率可提高40以上，通常刀具寿命可提高约70。3、热变形小：95以上的切削热来不及传给工件而被切屑迅速带走。4、加工精度高：切屑被飞快地切离工件，切削力和切削热影响小，从而使工件表面的残余应力小，使刀具和工件的变形小，保持了尺寸的精确性、较好的表面质量。,超高速切削加工的优越性：,5、工艺系统振动减小：高速旋转刀具切削加工时的激振频率高，已远远超出“机床一工件一刀具”系统的固有频率范围，不会造成工艺系统振动。6、减少后续加工工序：高速切削加工获得的工件表面质量几乎可与磨削相比，因而可以直接作为最后一道精加工工序。7、良好的技术经济效益：缩短加工时间、加工能耗低、可加工刚性差的零件、零件加工精度高、提高了刀具耐用度和机床利用率、节省了换刀辅助时间和刀具刃磨费用等。,2、超高速磨削加工的优越性,大幅度提高磨削效率磨削力小，零件加工精度高获得低粗糙度表面大幅度延长砂轮寿命，有助于实现磨削加工自动化改善加工表面完整性,四、超高速切削的相关技术,1、超高速切削的刀具技术超高速切削的刀具材料超高速切削刀具的结构超高速切削的刀具材料：以镀膜的和未镀膜的硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基或氮化硅基陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼（CBN）为主。,刀具的两个发展方面：,研制新的镀膜材料和镀膜方法以提高刀具的抗磨损性；开发新型的高速切削刀具，特别是形状比较复杂的刀具。,加工合金钢40CrMnMo7时，最佳的刀具材料为表面处理过的金属陶瓷，而加工合金铸铁GG25CrMo时，立方氮化硼刀具的使用寿命为最长,超高速切削的刀具材料：,涂层刀具、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、聚晶金刚石（PCD）刀具CBN（立方氮化硼）刀具材料,表1不同CBN含量的刀片及用途,超高速切削刀具的结构,超高速切削刀具的结构主要从加工精度、安全性、高效方面考虑。不允许采用摩擦力夹紧方式，而必须采用带中心孔的刀片，用螺钉夹紧。,2、超高速切削机床,要求：主轴要有高转速、大功率和大扭矩进给速度也要相应提高，以保证刀具每齿进给量基本不变进给系统要有很大的加速度,超高速电主轴,90年代从两个方向上发展：,一、在普通机床的基础上对关键零部件进行改进；二、研制完全不同于普通机床的新型结构机床。,关键技术,进给驱动系统高速化运动部件较量化和伺服进给控制精密化新运动原理机床的出现,直线电机驱动系统：电动机与滑台刚性连接,X、Y、Z三轴均采用直线电机驱动,新型的机床六杆机床（又称并联结构机床）机床的主轴由六条伸缩杆支承，通过调整各伸缩杆的长度，使机床主轴在其工作范围内既可作直线运动，也可作转动。,五、超高速磨削的相关技术,超高速磨削的砂轮超高速主轴和超高速轴承超高速磨削的砂轮平衡技术与防护装置,新型砂轮与普通砂轮结构比较,机电式砂轮平衡系统,1信号无线输送单元2紧固法兰3内装电子驱动元件的平衡块4磨床主轴,回顾,一、超高速加工技术的内涵、范围二、超高速加工技术