第三讲高效精密加工技术

1、高效精密(jngm)加工技术1.高速切削加工2.高速加工工具系统(xtng)3.精密切削毛刺形成及其控制4.磨削淬硬加工技术专题三共六十六页1.高速切削(qixio)加工 Carl Salomon 高速(o s)切削理论 (1931.4)共六十六页1.高速(o s)切削加工 共六十六页1.高速(o s)切削加工 高速切削技术 按不同(b tn)加工工艺划定的高速切削范围为: 车削加工 7007000m/min 铣削加工 300 6000m/min 钻削加工 2006000m/min 磨削加工 150 360m/s 共六十六页1.高速(o s)切削加工 高速切削技术优点 金属切除率提高36倍;

2、切削力降低(jingd)30 %以上; 切削热的95 % 98%被切屑带走; 切削加工精度高; 可加工难加工材料; 降低加工成本. 共六十六页1.高速(o s)切削加工 (1) 切削区域呈现高应力、大应变态势(tish) 切屑变形较大易形成锯齿状切屑 高速切削技术特点 （a）硬度325HB (b)硬度325HB (c)硬度325HB 切削速度:125.5m/min 切削速度:250m/min 切削速度:2600m/min 高速切削不同状态AISI4340钢（40CrNiMoA）时的切屑形态 共六十六页1.高速切削(qixio)加工 (2)切削力相对较小、切削温度升幅趋缓 刀具磨损速率低易保证加

3、工(ji gng)质量高速切削技术特点 Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45钢时的切削力 涂层立铣刀铣削沟槽时转速对加工粗糙度的影响 共六十六页1.高速切削(qixio)加工 (3) 安全性问题凸显、尺寸效应作用增大 系统集成度决定(judng)着加工质量和效率 高速切削技术特点 在5000 rpm时刀片甩出的面铣刀 基于高速切削加工的微细零件棱边形态 共六十六页1.高速切削(qixio)加工 高速切削技术(jsh)的研究体系共六十六页1.高速切削(qixio)加工共六十六页1.高速(o s)切削加工共六十六页1.高速切削(qixio)加工共六十六页1.高速(o s)切削加工共六十六页1.高速切削

4、(qixio)加工共六十六页2.高速加工工具(gngj)系统共六十六页2.高速加工工具(gngj)系统 HSK刀柄及工具(gngj)系统特点共六十六页1.高速(o s)切削加工 HSK刀柄及其工具(gngj)系统特点 双面同步接触中空结构 1/10的锥度 锥面过盈配合 共六十六页2.高速加工工具(gngj)系统 HSK刀柄(do bn)分类 共六十六页1.高速切削(qixio)加工 HSK刀柄(do bn)的工作原理 共六十六页1.高速(o s)切削加工 HSK工具系统研究(ynji)及成果(1)建立HSK工具系统的力学模型,揭示出HSK工具系统的工作机理 HSK工具系统的力学模型 HSK刀柄

5、端面的受力分布图 共六十六页2.高速加工(ji gng)工具系统 HSK工具系统研究及成果(2)HSK工具系统动态特性及其数值(shz)模拟和仿真计算共六十六页2.高速加工工具(gngj)系统 HSK工具系统研究及成果(2)HSK工具系统动态特性及其数值模拟(mn)和仿真计算共六十六页2.高速(o s)加工工具系统 HSK工具系统研究(ynji)及成果(3) 建立出HSK工具系统动平衡模型并进行实验验证; (4)开发出Ujs-HSK工具系统的专家知识系统及软件; (5)提出具有自洁、磨损补偿功能的HSK刀柄设计方案并申请国家发明专利.共六十六页 2.高速(o s)加工工具系统 (1) 高速加工

6、工具系统的开发与应用(yngyng) 国家“十五”科技攻关项目（编号：2001BA205B） (2) 高速切削加工中毛刺形成机理及其控制 国家自然科学基金项目（编号：50675088） (3) 高速加工工具系统自动平衡理论及其应用基础研究 江苏省自然科学基金项目（编号：BK2004027） (4) 高速数控机床工具系统的应用基础研究 江苏省高校数字化设计制造实验室项目（编号：SZH2005008） (5) HSK工具系统的研究 江苏省高校先进数控技术实验室项目（编号：KXJ06125）承担的主要相关项目共六十六页 2.高速加工工具(gngj)系统 (1) 出版学术专著1部 高速加工工具系统 北

7、京:国防工业出版社 2005.8 (2) 出版高等院校教材2本 精密与特种加工 武汉:武汉理工大学出版社 2003.7 数控机床故障诊断技术 北京:化学工业出版社 2005.2 (3)发表相关学术论文50余篇 发表在兵工学报(xubo) 、应用基础与工程科学学报 、 Chinese Journal of Mechanical Engineering 、Key Engineering Materials和Materials Science Forum等期刊上,被EI,SCI收录论文30余篇 主要相关工作及其成果共六十六页2.高速(o s)加工工具系统 (4)培养硕士、博士研究生8名 (5)申报(

8、或获批)国家发明专利5项 (6) 获部省级科技进步奖2项 工具(gngj)系统基础共性技术研究 江苏省科学技术进步二等奖 2004.12 高速加工工具系统的开发及应用 中国机械工业科学技术进步三等奖 2005.11 主要相关工作及其成果共六十六页王 柱 HSK工具系统静动态特性的研究及其数值模拟 2003.5 许 琰 高速加工机床与刀具的接口技术及HSK专用专家知识系 统的开发 2004.5沈春根 高速加工工具系统动平衡及其应用基础的研究 2004.5王树林 高速加工中HSK工具系统性能及其应用基础的研究 2004.12洪 泉 基于精密切削加工表面完整性及其专家知识系统的开发 2005.5王家

9、(wn ji)华 KM工具系统静动态特性的研究及其应用研究 2006.12吴卫国 高效精密切削及其振动特性的研究 2007.6薛宏丽 Big-plus刀柄的性能及其应用基础研究 2007.6 2.高速加工(ji gng)工具系统 共六十六页 2.高速加工工具(gngj)系统 共六十六页 2.高速(o s)加工工具系统 共六十六页2.高速加工(ji gng)工具系统 与材料科学、摩擦学 及微纳米技术相交叉 研究切削工具材料、摩擦特性及涂层技术 与信息科学、人工智能(rn n zh nn)及网络技术相交叉 研究切削过程建模、数值模拟及切削数据库 与控制科学、系统工程 及测试技术相交叉 研究加工安全

10、、在线监测及故障诊断技术 高速切削技术发展趋势共六十六页2.高速(o s)加工工具系统 尚待深入研究的主要问题 刀柄新型材料(cilio)开发及其性能研究; 高速刀柄设计理论与方法; 刀柄结构与参数优化方法; 机床刀具接口 (工具系统)动平衡检测及控制; 工具系统安全性的评价及其标准; 加工过程的在线监测及故障诊断技术. 共六十六页 三、研究(ynji)工作及成果 共六十六页精密与超精密切削(qixio)加工 精密(jngm)与超精密(jngm)加工技术是现代机械制造技术的前沿。通常是指零（部）件经过机械（包括特种）加工后,其尺寸精度和形位精度都达到很高水准，表面质量(包括棱边尺寸及形态)达到

11、很高水平的加工技术。 (1)精密与超精密切削加工概念及水平共六十六页精密与超精密切削(qixio)加工 (2)精密与超精密加工技术(jsh)概念及水平项 目精密加工（m）超精密加工（m）尺寸圆度圆柱度平面度表面粗糙度Ra 2.50.75 0.70.2 1.250.38 1.250.38 0.01 0.30.025 0.120.06 0.250.13 0.250.13 0.005共六十六页精密与超精密切削(qixio)加工实现超精密加工的基本条件精密与超精密加工的理论体系精密与超精密加工的基础共性技术金刚石刀具的开发及应用加工系统(xtng)的在线监测与故障诊断(3)精密与超精密切削加工研究主要

12、内容共六十六页精密与超精密切削(qixio)加工 (4)精密(jngm)与超精密(jngm)加工表面质量内涵表面质量表面粗糙度表面残余应力加工硬化棱边质量棱边(毛刺)形态尺寸微观特征量共六十六页精密(jngm)与超精密(jngm)切削加工 (5)实现精密与超精密加工的基本(jbn)条件 超精密加工机床 金刚石刀具 洁净稳定的加工环境 误差补偿系统及测量仪器和装置共六十六页 (6 )主要影响(yngxing)因素精密(jngm)与超精密(jngm)加工机床误差补偿其它加工机理操作技术刀具（砂轮）测量技术环境条件共六十六页3. 毛刺形成(xngchng)及控制 硅片超精密切削(qixio)加工的切

13、屑共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制 Al Mg Si 05 铣削；（b）Al Mg Si 05 镗削；(C)Sb 37K 刨削;(d) Al Mg Si 05磨削(m xio); (e)C15 车削共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度；破坏或影响下道加工工序的定位；影响或干扰工件的测量精度：在装配工序中影响装配质量；加工中毛刺脱落使工件尺寸超差或使其报废：零件(部件)上带有毛刺影响其工作效果及实用性能；工件或零部件加工及运输(ynsh)中对操作者安全构成威胁；使用中零部件上毛刺脱落成为引起故障的原因之一；对毛刺进行去除加工通常成为增大加工

14、成本：直接影响工件表面美观度及影响产品的销售等。共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制 金属切削毛刺分类(fn li)体系奥岛毛刺分类体系L.K. Gillespie毛刺分类体系K. Nakayama毛刺分类体系切削运动刀具切削刃毛刺分类新体系共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制 奥岛毛刺分类(fn li)体系共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制L.K. Gillespie毛刺分类(fn li)体系共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制K. Nakayama毛刺分类(fn li)体系共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制

15、 切削运动刀具(doj)切削刃毛刺分类体系共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制 两侧(lin c)毛刺形成模型共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制毛刺(moc)形成及其变化规律共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制共六十六页3.毛刺形成(xngchng)及控制车削加工中进给方向(fngxing)毛刺形态共六十六页3.毛刺(moc)形成及控制 切削毛刺形成的定性(dng xng)或定量性预报； 毛刺形成中特殊现象的研究； 拓宽研究及应用领域； 开发控制毛刺的新途径和新方法； 加强学科渗透，促进研究发展。共六十六页共六十六页共六十六页4.磨削(m xio)淬硬加工技术平面磨削淬硬加工试

16、验过程 共六十六页4.磨削(m xio)淬硬加工技术（a） 砂轮径向切入 （b） 工件周向进给 外圆磨削淬硬加工试验过程 共六十六页4.磨削(m xio)淬硬加工技术 （a）表面层 （b）次表层 （c）里层40Cr钢磨削淬硬层完全淬硬区组织的SEM照片 （a）表面层 （b）次表层 （c）里层40Cr钢磨削淬硬层完全淬硬区板条马氏体的TEM照片共六十六页4.磨削淬硬加工(ji gng)技术（a） 砂轮径向切入 （b） 工件周向进给 外圆磨削淬硬加工试验过程 共六十六页4.磨削淬硬加工(ji gng)技术 图3 45#钢磨削淬硬层的显微硬度(yngd)变化共六十六页4.磨削(m xio)淬硬加工技

17、术 图4 40Cr磨削淬硬层的残余应力(yngl)变化共六十六页 刘菊东博士学位论文(lnwn)1.Study on the formation of grind-hardening of steel AISI 1006. ISAAT2006 Key Engineering Materials, Vol.329(2007) (SCI, EI收录) 2.Experimental Research of Grind-Hardening of 65Mn Steel. Material Science Forum,Vol.505-507(2006)（SCI收录）3.Research of Surfac

18、e Hardening Based on Transverse Feed Grinding. Materials Science Forum, v532-533(2006) （ISTP收录)4.Study on Forming Mechanism of Surface Hardening in Two-Pass Grinding 40Cr Steel. Key Engineering Materials, Vol.304-305(2006)（SCI, EI收录）5.65Mn钢磨削硬化层组织的研究. 中国机械工程, Vol.15(17)(2004)（EI收录）6.非淬硬钢磨削表面硬化层的实验研究

19、. 中国机械工程, Vol.16(11)(2005)（EI 收录）7.横向进给磨削表面硬化层的研究. 中国机械工程, Vol.16(23) (2005)（EI收录）8.磨削用量对40Cr钢磨削淬硬层的影响. 中国机械工程,Vol.17(17) (2006)（EI 收录）9.基于缓进给湿磨的表面硬化研究. 兵工学报,Vol.27(2006)（EI收录) 10.双程切入(qi r)磨削表面硬化层的研究. 材料热处理学报, Vol.27(1) (2006)（EI 收录）共六十六页刘菊东博士学位论文(lnwn)11.双程切入磨削表面硬化层的研究. 材料热处理学报, Vol.27(1) (2006)（E

20、I 收录）12.磨削深度对65Mn钢磨削硬化层的影响研究. 农业机械学报, Vol.36(8)(2005)EI 收录）13.45钢磨削硬化的试验研究. 材料科学与工艺, Vol.13(3)(2005)（EI 收录）14.原始组织(zzh)对40Cr钢磨削硬化层的影响研究. 金属热处理, Vol.29(12)(2004)（EI 收录）15.中碳钢缓进干磨表面硬化层特征. 金属热处理,Vol.30,12(2005)（EI 收录）16.砂轮特性对40Cr钢磨削淬硬层的影响. 金属热处理, Vol.31(2006)（EI收录) 17.40Cr钢外圆磨削表面淬硬层的组织. 金属热处理,Vol.32(20

21、07)（EI收录)18.Formation and prediction of cutting-direction burr. Journal of Harbin Institute of Technology. Vol.12(2)(2005)（EI 收录）19.磨削淬硬加工区域温度的数值模拟. 应用基础与工程科学学报, Vol.14(2006) （EI 收录）20.Influence of Frequency Ratio on Dynamic Angular Displacement of Screwing Tap in Low-frequency Vibration Tapping. Jo

22、urnal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, Vol.26(2006)（EI 收录）21.Dynamic simulation of vibration tapping .Journal of the Chinese Society of Mechanical Engineers, Vol.27(1)(2006) (EI收录)共六十六页刘菊东博士学位论文(lnwn)23.磨削淬硬工艺的研究现状与发展趋势. 现代制造工程, 11(2003)24.基于磨削加工的表面形变淬火工艺磨削淬硬.工具技术, Vol.38(7)(2004)25.Experimental Investigation of Grind-Ha