现代切削技术..docx

现代切削技术 超高速切削技术⒈超高速切削技术简介20世纪30年代初,德国著名的机械切削物理学家萨洛蒙(CarlSalomon)分析和总结了大量的切削加工试验速度与温度的曲线,首次提出了超高速切削加工的理论。他指出:在常规的切削速度范围内切削温度确实随着切削速度的增大而升高;而且在超过一定的切削速度后,由于切削温度的升高超过了刀具的承受能力,刀具的硬度会剧烈降低,刀具发软并出现剧烈磨损,使切削加工无法继续进行。但是,当切削速度继续增大,达到甚至超过一定的数值后,如果再增加切削速度,此时的切削温度不但不会升高,反而会降低,甚至会低于刀具可以承受的温度,这样就可能重新利用现有的刀具进行超高速加工,大幅度地减少切削加工的时间,提高设备的生产效率,这便是超高速切削加工的概念。 ⒉超高速切削速度⒊超高速切削特点①设备的加工效率高超高速切削加工比常规切削加工的主轴运转速度高出5~6倍,进给速度也相应提高5~10倍,这样,在单位时间内,刀具对材料的切除速度可以提高3~6倍,因而零件的加工时间通常可以缩短到原来的1/3,甚至1/5,从而极大地提高了设备的加工效率和设备利用率,缩短了产品的生产周期,可实现对产品进行快速制造。这一特点在新产品开发过程中显得尤其重要。既缩短了研制周期,又增强了企业的竞争力。②加工时切削力小与常规的切削加工相比,超高速切削加工时的切削力至少可以降低30%甚至40%,这对于诸如细长轴、薄壁件等低刚度、精微零件来讲,其意义相当重大。超高速切削可以减少零件在加工过程中的变形,提高零件的加工精度。不仅如此,采用超高速切削加工时,单位功率材料切除率可以提高40%以上,刀具的使用寿命可以提高70%以上。刀具使用寿命的延长,不仅可以节省生产成本,还可以节约加工时间,同时也避免了频繁更换刀具所带来的刀具装夹定位误差,对提高零件的加工精度有极大的意义。③工件的热变形小 由于超高速切削加工的过程极为迅速,95%以上的切削热来不及传给工件,而是被切屑直接而迅速地带走,零件不会由于温度的升高产生弯翘或膨胀变形。因而,超高速切削加工特别适用于加工容易发生热变形的零件。④工件的加工精度高、加工质量好 由于超高速切削加工的切削力和切削热影响小,使刀具和工件的热变形小,工件表面的残余应力小,这样就可保持尺寸的精确性。同时,由于切屑被飞快地切离工件,可以使工件达到极高的表面质量。⑤设备在加工过程中状态稳定 由于超高速旋转刀具切削加工时的激振频率高,已经远远地超出了机床--工件--刀具加工工艺系统的固有频率范围。因此,不会造成上述加工工艺系统的振动,使整个加工过程平稳,有利于提高加工精度和表面质量。⑥创造良好的技术经济效益 采用超高速切削加工能取得常规的切削加工无法获得的技术经济效益,如缩短加工时间、提高生产率;可以加工低刚度的零件;零件加工精度高、表面质量好;提高刀具寿命和机床利用率;节省了换刀辅助时间和刀具刃磨费用等。⒋超高速切削加工的关键技术a超高速切削加工设备的主轴系统 由于超高速切削加工设备的主轴系统是在超高速条件下运转的,传统的齿轮变速和带传动方式已明显不能适应其要求,取而代之的是具有宽调速功能的交流变频电动机。这种电动机通常将其空心转子直接套装在机床的主轴上,取消了从主电动机到机床主轴的一切中间传动环节,使机床主传动的机械结构得到了极大地简化,形成了一种新型的功能 部件主轴单元。为了适应切削加工的超高速特点,主轴单元具有很大的驱动功率和转矩,具有较宽的调速范围,同时还有一系列监控主轴振动、轴承和电动机温度升高等运行参数的传感器、测试控制和报警系统,以确保主轴单元在超高速运转下的可靠性和安全性。b超高速切削加工设备的进给系统 超高速切削加工设备的进给系统是超高速加工设备的重要组成部分,是评价超高速加工设备性能优劣与否的重要指标之一,是维持超高速切削中刀具正常工作的必要条件。超高速切削在提高主轴速度的同时,必须提高进给速度,并且要求进给运动能够做到既可以瞬时达到高速,也可以瞬时停车等动作。否则,不但无法发挥超高速切削加工的优势,还会使刀具处于恶劣的工作条件下,加剧刀具的磨损。另外,由于进给系统的跟踪误差对加工精度的影响很大,这就要求超高速切削加工的进给系统还应具有较大的加速度和较高的定位精度。c超高速轴承技术 为了适应主轴系统的超高速运转,必须采用与之相匹配的高速精密轴承。由于业已存在的诸多优点,滚动轴承成为目前国内外的科技人员在设计和制造超高速机床时的首选。为了提高滚动轴承的极限转速,科技人员纷纷采用提高轴承的制造精度,合理选择高硬度、耐高温的轴承材料以及改进轴承结构等方法,使超高速轴承技术得到了很大的发展。据了解,目前最先进的超高速轴承技术可以满足50000~100000r/min以上的主轴转速。d超高速切削加工的刀具技术 由于超高速