高速工艺ppt课件

1、主讲人：张忠松一、什么是高速加工二、支持高速加工的基础技术三、高速铣削参数的试验分析四、高速切削机床的S曲线加减速速度规划五、自由曲面高速铣削的工艺优化及决策1.1 高速切削假设理论的提出 德国的切削物理学家Carl Salomon博士于1931年4月提出了高速切削假设 。 Salomon认为，在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。当切削速度增大到超过一个速度范围，切削温度反而随切削速度的提高而降低，同时切削力也会大幅下降。这就是著名的高速切削状态下切削温度的死谷理论(Dead Volley) 。Salomon切削速度与温度模型Salomon切削速度与温度实验曲线1.2 高

2、速切削的定义高速切削是个相对的概念，目前各国对高速切削的速度范围没有统一的定义,有时候也称为超高速切削(Ultra-HighSpeedMachining)。一般认为：切削速度：超过常规切削速度的510倍；主轴转速： 机床主轴转速在10000-20000r/min以上；进给速度：达15-50m/min，最高90m/min；频率：刀刃的通过频率接近“机床-刀具-工件”系统的主导自然频率切削状态：特定材料切削速度达到极限速度时的切削状态就应称为高速切削,高速切削不仅仅通过速度来划分,而是跟材料的物理力学性能和切削状态密切相关。 1.3 高速加工的发展阶段 第一時期: 1930 至1950，实验研究和

3、探索 R. L. Vaughn 把Salomon的有限资料由德文翻译为英文 俄罗斯V.D. Kuznetsov；日本Yoshinobu Tanaka & Okushima；澳大亚Arndt；Coldwell，美国Quackenbush，and Recht；英国Fenton 也进行了各自不同的实验硏究 第二時期: 1958 to 1959，理论硏究和探索 美国Vaughn，Lockheed 公司进行弹道实验硏究 法国Forest-Line公司证实铸铁高速切削的可行性 第三時期，1970年代早期，基础应用硏究和探索 R.I. King，Lockheed Missiles and Space公司，决

4、意把高速切削应用于生产上 Cincinati machine公司发表报告，证实铝高速切削(610-3660米/分钟) 和铸铁高速切削(205-915米/ 分钟) 的可行性 第四時期，1979 至1980，应用硏究 General Electric公司提出高速切削的科学基础及对生产的影响分析 德国Ministry of Research & Technology硏究高速切削的特性第五阶段 自20世纪80年代 研究和应用较快发展 自上世纪80年代，各个国家大力发展高速技术和应用得到很大重视和快速发展，特别是自上世纪90年代以来，发展尤其迅速，其中，电主轴技术应用到机床上是促成高速切削技术推广和发展

5、的重大事件。1.4 高速切削技术的优点可提高生产效率能获得较好的表面完整性可获得较高的加工精度加工能耗低，节省制造资源1.5 主要应用航空航天产品汽车行业模具制造薄壁件加工2.1 高速切削机床的相关技术（主轴系统、床身系统、导轨系统、伺服系统、控制系统、通讯系统、冷却润滑系统） 陶瓷轴承高速主轴结构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 目前，很多CAD/CAM系统都添加了适合于高速切削的工艺决策模块，如英国DELCAM公司的PowerMILL、以色列的Cimatron、PTC公司的Pro/e、CNC公司的Mastercam，日本Makino 公司的FFCUT、德国SI

6、EMENS公司的Siemens NX以及国产的CAXA等。ER弹簧夹头刀柄 包括切削数据库的建立，切削参数优化、切削路径规划以及它们的智能决策方法。2.4 高速切削刀柄和刀具（材料和结构）英国Renishaw NC4 对刀系统NC4 对刀系统具有超小型激光发射器和接收器，可进行快速非接触对刀和刀具破损检测。 NC4 系统能够在间隔长达5米的情况下实现高重复精度的对刀操作。根据间隔不同，在激光光束所及的任何选定点，可测量直径 0.2 mm 的刀具，并可对0.1 mm 的刀具进行破损检测。 3.1 铣削的切削参数 主轴转速n 进给速度vf 径向进给ae（径向切削宽度） 轴向进给（背吃刀量，切削深度

7、）ap正交试验可以用于试验参数的定性分析和工艺规划。二次回归的均匀精度旋转中心组合设计有试验条件要求，适用实验室分析。随机数据和生产数据适用于基于二次多项式的最小二乘回归。 在高速铣削中，各参数间的交互影响对表面粗糙度影响复杂。切削条件，如刀具规格、切削参数取值范围等，对切削的影响很大，是不可忽视的因素，它可以直接影响各切削参数对表面粗糙度的变化规律。根据实验条件不同，影响效果有所不同，有的交互项影响不可忽略。刀具倾角与表面粗糙度的关系 对于三轴球头铣刀立式铣削来说，刀具倾角就是刀具轴线与被加工表面接触点的切平面的夹角。刀具倾角对表面粗糙度的影响比其他四个切削参数影响要大。当倾角为0度时，表面

8、质量最好，但偏离0度时，切削质量急剧变坏；倾角为5度左右时，表面粗糙度最差；倾角为20度左右时，此时表面粗糙度变化较为平缓。试验表明：S曲线加减速过程 4.1 S曲线速度规划阶段特点和分析曲线速度规划阶段特点和分析 在S曲线速度规划中，将进给过程分为加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段和减减速段。 对于高速加工中常采用的S曲线速度规划，通常讨论的是各轴分量的合成速度和加速度。而各轴分量受轴负载能力的限制，同时根据轴约束公式，自由曲面的曲率和切向变化会导致轴负载变化。（1）根据加工质量要求，初步确定一个进给速度（2）对进给速度进行轴负载和轴加速度约束检验（3）若不存在超出负载现象，则开始进行其他工作；若存在超出负载现象，计算超出负载的区间点，计算区间内满足约束的匀速进给速度； （4）判断超出负载区间的曲线类型，计算满足约束的进给加速度 （5）确定起始调速点 层次结构图5.1 基于层次分析法的切削方案优选满意方案 A加工效率B2表面质量B1成本B3方案1方案2方案4方案3目标层准侧层方案层 指数形式（传统切削模型）：将问题化为简单线性规划，计算机求解；多元二次多项式形式： 成为非线性规划问题。利用罚函数法， 将切削参数规划问题转化为无约束非线性规划问题，用计算机求解。最小二乘支持向量机：是一种人工智能的计算方法，是当前研究热