高速加工工艺技术应用

1、高速加工工艺技术运用主讲：钟志胜2021年8月10日.高速加工工艺技术运用摘要： 目前，高速加工除了在航空航天、船舶、模具、汽车等领域得到广泛运用之外，在3C行业也得到了空前运用。这类零件大多是构造复杂、薄壁刚性差，在通常加工过程中极易产生变形，较难满足加工外表质量与加工尺寸精度要求。为此，高速加工为产品零件的加工提供了效率、外表质量和尺寸精度保证。本文以典型的3C铝合金薄壁件(手机机壳、数控系统操作面板)高速加工为研讨对象，运用华中8型智能数控系统对铝合金的高速加工工艺技术进展讨论，以提高或展现产品加工的实践效能。.高速加工工艺技术运用关键词： 高速加工 形变控制 智能工艺与编程技术 刀具选

2、择 切削参数 检测与智能修正.高速加工工艺技术运用1.高速加工背景与现状1.1 背景源于：市场日益猛烈的时间、效率、本钱的竞争： a) 快的设计开发速度 b) 极少的工序步骤及周转 c) 产品价值优势/规模化消费加工 新资料及复杂的三维曲面外形加工要求： a) 突破传统/创新驱动 b) 薄壁复杂零件/大切除量 C) 3C铝合金、不锈钢资料加工高硬资料及超高的外表加工质量要求: a) 以车或铣代磨 b减少电加工工序和钳工工序 .高速加工工艺技术运用1.2 现状 高速加工是一项集设备、控制系统、刀量具、加工工艺技术与编程、监测与检测、工具系统、CAD/CAM等为一体的加工技术方法，其采用全新的加工

3、工艺，在刀具、切削用量、走刀途径及程序编制等方面，都不同于传统的数控加工。 当前现状： 1) 企业高速加工设备少，大都是主轴转速15000rpm以下的设备，难以实现高速加工要求； 2) 新工艺、新方法创新驱动不够，传统加工方式与方法根深蒂固，导致有高速设备的企业长期任务在8000rpm以下，未能发扬高速加工功能； 3) 企业配备的刀具、工具系统难以实现高速加工要求，现有的工艺也难以顺应高速加工要求。.高速加工工艺技术运用1.2 现状 当前现状与先进制造的高速加工存在以下主要差距： 1) 高速加工零件毛坯制造技术的差距； 2) 高速加工设备制造技术的差距； 3) 高速加工刀具制造技术的差距； 4

4、) 高速加工工艺智能技术的差距； 5) 高速加工检测(机器人)与监测反响修 正技术的差距； 6) 上、下料运用机器人或机器手的差距。.高速加工工艺技术运用2.高速加工的必备条件2.1 机床 高速加工机床是实现高速加工的前提和根本条件，其种类涵盖了数控机床和精细机床，其构造特点应具有足够的承载才干、高刚性、热稳定性、耐冲击性和抗震性，确保设备具有优良的静、动态特性。主轴单元可以平稳提供高转速功率、扭矩呼应，进给单元能平稳提供快速进给功率、扭矩及快速工进呼应，主轴单元和进给单元能精准提供加或减速度与修正。.高速加工工艺技术运用2.高速加工的必备条件2.2 工具系统2.2.1 高速刀柄(20000r

5、pm) 主要指具有动平衡的高精度刀柄。1) 7/24锥度的常规ISO、BT、SK高速动平衡刀柄；2) DIN69893-1的HSK系列高速动平衡刀柄；3) 高速刀柄配套件，如拉钉、卡芯等。实例2.2.2 刀具 高速加工切削是指刀具切削刃相对于零件外表的切削运动(或挪动)速度超越普通切削速度的510倍，主要表达在刀具的快进、工进、快退三个环节上，要顺应现代消费快速反响的运用特点。实例.高速加工工艺技术运用2.2.2 刀具 刀具合理选择主要是资料、涂层、几何外形与尺寸。高速加工通常以高转速、小切削量、高工进进给加工，其切屑去除率比普通数控加工要高，表现为：加工效率高、切削变形小、设备冲击小、外表质

6、量高。 刀具类别及方式(实例)1) 粉末冶金高钴高速钢涂层刀具(高速加工用磨制) 对有色金属大切削深度的高速工进有上佳表现。2) 超细晶体微粒(0.1m)硬质合金涂层刀具 大切削深度加工不锈钢、钛合金、高温合金有上佳表现.高速加工工艺技术运用3) 超细晶体微粒(0.1m)硬质合金涂层PCD刀具 大切削深度、高速工进加工复合资料有上佳表现4) 金属陶瓷刀具(TiC(N)基硬质合金) 高速车削低碳钢有上佳表现5) 陶瓷刀具 高速加工有色金属有上佳表现6) CBN刀具(立方氮化硼) 高速加工钛合金、高温合金、复合资料及高硬度钢 有上佳表现 7) PCD刀具(金刚石) 高速加工有色金属、高硬资料、复合

7、资料有上佳表现.高速加工工艺技术运用2.2.3 工装夹具 根据产品零件特定设计、制造适宜高速加工的装夹、定位的工装夹具。 1) 通用简易工装(通豁性) 2) 公用特制工装(针对产品) 3) 高精度组合工装(瑞士EROWA夹具) 4) 快速气动或液压工装(真空吸盘或液压锁紧)2.3 高速加工的在线检测与监测修正 在线检测主要直接检测零件加工的几何形变或尺寸精度(英国RENISHAW)；监测修正主要对刀具磨损进展间接丈量，从而对刀具磨损进展补偿，以到达修正加工尺寸精度。 智能化工艺性修正，以实时修正、完善程序。 .高速加工工艺技术运用2.4 设备环境机床地面平整巩固；轻质机床地脚必需防震、抗震，重

8、质机床需做防震层或做防震沟；做必要的零地；配制必要的抗干扰电源；配用清洁的气、液源；配用高速加工切削液。 .高速加工工艺技术运用3.高速加工工艺与编程3.1 高速加工的特点 1) 主轴高转速 国内20000rpm50000rpm ,进口24000rpm100000rpm 中心部件轴承，目前高速主轴主要采用3种非凡轴承：陶瓷轴承、磁力轴承、空气轴承。 2) 工进高进给、进退高位移、加减速高呼应 直线电机具有高加、减速特性，加速度可达1g2g，为传统驱动安装的1020倍，进给速度是传统的45倍。 3) CNC控制系统运转高可靠呼应 传输速度快、抗干扰才干强，CPU运算速度快，预读单元及NURBS功

9、能等要高相应匹配CNC控制器，才干发扬高速切削加工的效能。 .高速加工工艺技术运用3.1 高速加工的特点 4) 产品批量化、定制化 5) 工序高集中、切屑高切除率 6) 工艺高智能(方案、刀轨、干涉、工进、形变)、编程高优化(CAD/CAM、仿真优化软件、电参数监测) 7) 相对加工本钱高 机床价值高、设备折旧本钱大，对环境要求高(抗震、抗干扰)，刀柄、刀具费用高，冷却、光滑要求高。 为此，针对高速加工其特点，制定相应的加工工艺方案与编程。.高速加工工艺技术运用3.2 高速加工工艺方案3.2.1 高速加工工艺流程 产品图纸工艺设计工装预备设备选定刀具精选确定检测 明确产品资料形状资料应力变形控

10、制 资料形状处置方式 明确尺寸链及公差等级精度控制切削形变及热变形控制 明确形位公差及表观质量定位变形及刚性控制、切削形状控制 制定工艺工序步骤 CAD/CAM编程VERICUT模拟仿真软件进展干涉演示检查 确定刀具进退途径调整刀具切削进退方式优化刀具轨迹 产品检测刀具轨迹微调优化切削参数调整优化 试加工 产品在线检测工艺智能优化反响 批消费.高速加工工艺技术运用3.2.2 高速加工变形控制 1.零件资料应力变形控制切削前 2.零件切削变形控制切削中 1)切削应力变形切削力导致变形 2)切削热变形温度导致变形 3)几何变形几何构造相互作用内力导致变形 4)装夹变形外力导致变形 3.零件存储变形

11、控制切削后 1)环境温度控制 2)环境振动源控制 3)放置稳定性控制.高速加工工艺技术运用3.2.3 高速加工刀具系统 1.刀柄及其附件 1) 刀柄的规范 GB/JIS/ISO/DIN 2) 刀柄本体 资料稳定性抗腐蚀抗磨 精度动平衡高速 3) 拉钉稳定性抗腐蚀抗磨高精度 2.刀具及其选用 1) 刀具母材(前面已讨论了7种母材种类方式) 2) 刀具几何角度(针对产品加工用途讨论) 3) 刀具涂层 .高速加工工艺技术运用3.2.3 高速加工工具系统 3) 刀具涂层 刀具涂层化学涂层(CVD)物理涂层(PVD)涂层成分涂层构造软涂层硬涂层单一涂层复合涂层梯度涂层多层涂层纳米多层涂层纳米复合构造涂层

12、.高速加工工艺技术运用3.2.3 高速加工工具系统 3) 刀具涂层 PVD的硬涂层以TiN、TiCN、TiAlN为代表；软涂层目前不多，主要改善切屑时的光滑，耐磨性差。 PVD的单一涂层很好了解，复合涂层主要是硬涂层+软涂层较普遍；梯度涂层主要是涂层成分沿薄膜纵向生长方向逐渐发生变化、导致涂层化学元素比例发生变化，改善涂层组织构造；多层涂层最有代表性的AlN+TiN、TiAlN+TiN；纳米多层涂层最有代表性的AlN+TiN、AlN+TiN+CrN,构造膜硬度达40GPa在高温下能保证高硬度；纳米复合构造涂层的构造膜硬度达50GPa，在切屑温度9001100高温下能保证高硬度，特别适宜高温合金

13、资料加工选择。.高速加工工艺技术运用3.2.4 高速加工工艺装夹 1.工装 1) 通用工装 注重通豁性和“万能工装 2) 公用工装 针对特定产品设计消费的定位装夹工装 3) 高精度快速组换工装 “积木式组合定位工装(瑞士EROWA夹具) 4) 快速气压、液压工装 在运用以上定位装夹工装时，控制装夹变形是重点 .高速加工工艺技术运用3.3 高速加工编程 数控加工编程可借助CAM软件进展编程，然而高速加工编程与普通的普通数控加工编程是有些区别的： 1.刀具轨迹与途径； 2.刀具的进退方式，入刀点、出刀点与其入刀、出刀方式； 3.对加工的边境定义及加工岛屿的定义； 4.经过程序编程改动加工中应力变化

14、、切削热变化、几何形体变化、切屑的排畅尤为重要； 5.编程的模拟化、智能化演示与反响修善； 6.高速加工程序与切削参数的匹配 7.高速加工程序与实体特征化的实现。.高速加工工艺技术运用4.高速加工实例4.1 铝合金高速加工(铝合金加工的公用刀具) 1.手机中间框.高速加工工艺技术运用 2.手机边框.高速加工工艺技术运用4.2 不锈钢高速加工 1Cr18Ni9Ti舱体 现场操作演示： 不锈钢加工的公用刀具 刀具特点： 1) 刀具母材金相颗粒0.2m0.1m； 2) 刀具导程较大且螺旋槽光洁，主要是便于排 屑，防止粘刀； 3) 刀具涂层耐高温; 4) 刀具很高的耐磨性； 5) 刀具锋利。.高速加工工艺技术运用4.3 钛合金高速加工 钛合金加工的公用刀具