第二章 第8节-高速切削.ppt

第八节 高速切削 切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在 20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。高速切削是当今世界机械制造业中一项迅速发展的高新技术。在现代工业发达国家，高速切削作为一种新的切削加工理念，被愈来愈多的工程技术人员所认可。 第八节 高速切削 一、高速切削技术的概念与特点 1.高速切削技术的概念 对大多数工件材料而言，高速切削指高于常规切削速度五倍乃至几十倍条件下所进行的切削。 第八节 高速切削 高速切削在实际生产中切削铝合金的速度范围为 1500m/min~5500m/min,铸铁为750m/min~2500m/min,普通钢为600m/min~l200m/min。切削进给速度已高达20m/min~40m/min。 第八节 高速切削 高速切削的核心是速度与精度，由于刀具材料、工件材料和加工工艺的多样性，对高速切削不可能用一个确定的速度指标来定义。对于铣刀等回转刀具，通常以刀具或主轴的转速作为衡量标准，根据不同的刀具直径，现阶段一般把转速10000r/min以上视为高速切削。 第八节 高速切削 在切削速度达到一个临界值时,切削温度达到最大值,在这个临界值之后的一个范围内,切削速度增加,则切削温度下降。见图7-9。 第八节 高速切削 2.高速切削技术的特点 高速切削有如下主要特点: (1)能获得很高的加工效率 随着自动化程度的提高，辅助时间、空行程时间已大大减少，有效切削时间占工件在制时间的主要部分。由于主轴转速高，进给速度快，因此使单位时间内的金属切除量增加，提高了加工效率。 第八节 高速切削 (2)能获得较高的加工精度 高速切削具有较高的材料去除率并相应减小了切削力。对同样的切削层参数，高速切削的单位切削力明显减小。若在保持高效率的同时适当减低进给量，切削力的减幅还要加大。在加工过程中，切削力的降低对减小振动和偏差非常重要。这使工件在切削过程的受力变形显著减小，有利于提高加工精度。 第八节 高速切削 加工时可将粗加工、半精加工、精加工合为一体，全部在一台机床上完成，减少了机床台数，避免由于多次装夹使精度产生误差。特别对于大型框架件、薄板件、薄壁槽形件的高精度高效加工，高速铣削是很有效的方法。 第八节 高速切削 (3)能获得较高的加工表面质量 高速切削的力值及其变化幅度小，与主轴转速有关的激振频率也远远高于切削工艺系统的高阶固有频率，因此切削振动对加工质量的影响很小。 第八节 高速切削 另一方面，高速切削使传入工件的切削热的比例大幅度减少，加工表面受热时间短、切削温度低，因此热影响区和热影响程度都较小，有利于获得低损伤的表面结构状态和保持良好的表面物理性能及机械性能。 第八节 高速切削 (4)加工能耗低、节省制造资源 高速切削时，单位功率所切削的切削层材料体积显著增大。由于切除率高、能耗低，工件在制的时间短，提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例。 第八节 高速切削 由于采用小的切削深度和厚度，刀具每刃的切削量很小，因而机床主轴、导轨的受力就小，机床的精度寿命长，同时刀具寿命也延长了。 因此高速切削符合可持续发展的要求。 高速加工机床振动小、噪声低，少用或不用冷却液，符合环境要求。 第八节 高速切削 以洛克希德飞机公司的铝合金高速铣削为例，主轴转速从4000r/min提高到20000r/min时，切削力下降30%，而材料切除率增加3倍（如图7-10）。 第八节 高速切削 二、高速切削的机理 1.切削力 切削力是在切削过程中，刀具切入工件使被加工材料发生变形成为切屑时所需的力，它包括克服被加工材料弹性变形和塑性变形的抗力以及切屑对前刀面的摩擦力和后刀面对过渡表面和已加工表面间的摩擦力。 第八节 高速切削 在常速切削时通常随切削速度的提高切削力也随之增大，但在高速切削时随切削速度增加，切削温度升高，摩擦系数减小，剪切角增大，切削力反而降低。 第八节 高速切削 第八节 高速切削 2.切削热 大量的切削热在切削过程中对刀具磨损、工件材料性能、工件加工精度和质量等都有着重要的影响，切削热的主要来源是切屑变形功和前、后刀面的摩擦功。 第八节 高速切削 高速切削时，总的切削功消耗在以下几方