超高速加工技术技术分析.ppt

第3讲 高速加工技术 本节要点 高速加工的概念与特征 高速加工的切削速度范围 高速加工的切削理论 高速切削加工的优点和应用 高速切削加工的关键技术 高速磨削加工 　 超高速加工是一个相对的概念，由于不同的加工方式、不同工件材料有不同的高速加工范围，因而很难就超高速加工的切削速度给出一个确切的定义。概括地说，超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具，能可靠地实现高速运动，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术，其切削速度通常比常规高10倍左右。 　 高速加工技术： 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。 超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。 超高速切削（Super High-speed Cutting）:采用比常规速度高得多的切削速度进行加工的一种高效新工艺方法。 以切削速度和进给速度界定： 高速加工的切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍。 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min。 高速加工的概念与特征 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 ◎车削(Turing)：700-7000 m/min ◎铣削(Milling)：300-6000 m/min ◎钻削(Drilling)：200-1100 m/min ◎磨削(Grinding)：50-300 m/s ◎ 镗削（Boring）：35-75m/min 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同 1. 高速加工切削速度的范围 ◎铝合金(Aluminum Alloy)：1000-7000 m/min ◎铜(Cu)：900-5000 m/min ◎钢(Steel)：500-2000 m/min ◎灰铸铁(Gray cast iron)：800-3000 m/min ◎钛(Ti)：100-1000m/min 德国切削物理学家Carl Salmon 博士1929年进行了超高速模拟实验。 2. 切削理论的提出 图2 切削速度变化和切削温度的关系 在1931 年4 月，根据实验曲线，提出著名的“萨洛蒙曲线”和高速切削理论。即：一定的工件材料对应有一个临界切削速度，在该切削速度下其切削温度最高。 结论： 在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高。 在切削速度达到临界切削速度后，随着切削速度的增大切削温度反而下降。 启示： 如果切削速度能超越切削“死谷”， 在超高速区内进行切削，则有可能用现有的刀具进行高速切削，从而可大大减少切削工时，成倍地提高机床的生产率。 切削力低 切削变形小，切屑流出速度加快，切削力 比常规降低30-90%，可高质量地加工出薄壁零件； 3.高速加工的特点 材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍； 图 3 加工零件 高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率， 加工平稳、振动小； 减少工序 工件加工可在一道工序中完成，称为 “一次过”技术（One pass machining）。 A为高速切削加工时的热传导过程 B为传统加工的热传导过程 图4 热传导对比图 热变形小 温升不超过3oC，90%切削热被切屑带走； 应当指出的是，超高速加工的切削速度不仅是一个技术指标，而且是一个经济指标。也就是说，它不仅仅是一个技术上可实现的切削速度，而且必须是一个可由此获得较大经济效益的高切削速度。没有经济效益的高切削速度是没有工程意义的。 目前定位的经济效益指标是：在保证加工精度和加工质量的前提下，将通常切削速度加工的加工时间减少90％，同时将加工费用减少50％，以此来衡量高切削速度的合理性。 二、超高速加工技术的现状及发展趋势 自20世纪30年代德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念以来，经过50年代的机理与可行性研究，70年代的工艺技术研究，80年代全面系统的高速切削技术研究，到20世纪90年代后期，商品化高速切削机床大量涌现；21世纪初，高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，正成为切削加工的主流技术。工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。 在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件。超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。 目前，刀具材料已从碳素钢和合金工具钢，经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料，发展到人造金刚石及