第三章先进制造工艺技术(超高速加工)课件.ppt

超高速加工技术 本章内容 一、超高速加工的定义及产生背景 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨 具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、 高柔性的制造设备以极大地提高切削速度来达到 提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制 造技术。 二、超高速加工理论及其发展 20世纪30年代德国物理学家dr.carl salomon以大直径圆锯片对不同的工件进行了高速切削实验。 50年代末期，得到科学家和工程师的重视展开了一系列模拟实验。 1977年美国第一次在真正的机床上实现了超高速切削。 80年代中期德国darsmtadt大学和40多家制造企业在政府的资助下，对高速机床、刀具、控制系统和安全防护等进行全面研究。其研究成果反映在H.Schulz教授的专著《金属和非金属的高速铣削》中。 90年代日本后来居上。 二、超高速加工理论及其发展 国外一些高速加工中心，其主要技术参数为： 主轴最高转速：最高40000～60000r/min 坐标轴加工最高速：30～60m/min，快速移动：70～80m/min； 换刀时间：1.5～3.5 s ，0.8～0.9 s ；托板交换：6～8s 三、高速切削、磨削的优点 小的切削深度和厚度，刀具每刃的切削量极小，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。 虽然切削深度和厚度小，但主轴转速高，进给速度快，单位时间内的金属切除量反而增加了，由此加工效率也提高了。 将粗加工、半精加工、精加工合为一体，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。 可加工高硬度、难加工材料(62HRC左右)，可以钻?1mm以下的小孔。 加工时间短，经济性能好。 四、高速切削、磨削的应用 有色金属，特别是铝薄壁加工，如厚度0.1mm、高几十mm的成形曲面。 石墨加工，模具型腔制造中，采用电火花腐蚀加工，石墨电极被广泛使用。石墨很脆，必须用高速切削才能较好地进行成形加工。 模具，特别是淬硬模具。可以直接切出模具，省去机加工→电加工的几道工序，节约工时；还可达到很高的表面质量(Ra≤0.4um)，省去了电加工后面的磨削和抛光的工序；切削中形成的已加工表面的压应力状态，提高模具工件表面的耐磨程度。 硬的、难切削的材料，如耐热不锈钢等。 五、超高速加工技术发展趋势 超高速切削的发展趋势： 高效高速化； 实用廉价化； 复合化等 超高速磨削技术的发展趋势： 高柔性自动化系统+超硬磨料磨具+各种高速高效磨削技术。 超高速加工技术关键技术 关键技术： 超高速切削、磨削机理； 超高速主轴单元制造技术； 超高速加工进给单元制造技术； 超高速加工用刀具、磨具； 超高速加工机床支承及辅助单元制造技术； 超高速加工测试技术。 1、超高速切削、磨削机理 2、 超高速主轴单元制造技术 主轴的驱动方式 电动机通过带传动：变频电机，电机经精密动平衡，置于单独地基，柔软丝质传动带。（优点：可隔离电机振动；缺点：布置不方便） 电动机通过柔性联轴器驱动：电机、主轴在同一轴线上，变频电机，电机经精密动平衡，柔性联轴器联结。（优点：结构紧凑，回转精度高；缺点：轴向尺寸增加，机床尺寸增加） 内装式同轴电动机驱动：电机轴即机床主轴，无刷式直流电动机。 内装式同轴电动机驱动优点 主轴是电机的转子，定子装入主轴套筒内，取消了传统的电机经齿轮和皮带传动主轴的结构，减少了振动，增加了可靠性， 可获得高转速和高的加(减)角速度，转速达到0～42000r/min，甚至更高。 结构简化，造价下降，精度和可靠性提高。 噪声、振动源消除，主轴自身热源消除。 回转精度高，摩擦振动小， 主轴箱成为紧凑、独立、方便移动的部件， 内装式同轴电动机示例 内装式同轴电动机主轴支撑形式 陶瓷轴承、 静压轴承、 动压轴承、 空气轴承以及气油润滑、喷射润滑等技术 内装式同轴电动机主轴温升 热升温引起主轴热变形的解决办法：采用电子传感器控制温度，使用水冷或油冷循环系统，使主轴在高速下成为“恒温”；而用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。 举例：STEP－TEC的电主轴采用了矢量式闭环控制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷轴承，可以随室温调整的温度控制系统，确保主轴在全部工作时间内温度衡定。 液体静压主轴 液体静压主轴 空气静压轴承主轴 液体静压主轴 静压轴系：轴承间隙内介质压强由外部供给，忽略主轴旋转时的动压效应，承载能力不受主轴转速的影响，此外，主轴浮起后是纯液体或气体摩擦，主轴旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多。适合于调速范围和载荷变化大得精密设备原理 优点： 回转