先进制造技术 高速切削课件.ppt

先进制造技术 第五章 高速切削;一. 高速切削的概念和基本原理 高速切削技术，是以比常规高数倍的切削速度对零件进行切削加工的一项先进制造技术。高速切削理论是1931年4月德国物理学家Carl.J.Salomon提出的。 1931年德国物理学家C. J. Salomom在“高速切削原理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。;;;; 高速切削是个相对的概念，是相对常规切削而言。高速切削包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削和大进给切削等。超高速加工的切削速度范围因不同的刀具材料、工件材料和切削方式而异，目前，高速切削的高速范围国内外专家尚无共识。; 虽然由于实验条件的限制，当时无法付诸实践，但这个思想给后人一个非常重要的启示，即如能越过这个“死谷”，在高速区工作，有可能用现有刀具材料进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同，从而可大幅度提高生产效率。;高速加工各种材料的切削速度范围为： 钢和铸铁及其合金500-1500m/min 铸铁最高达2000m/min 钻削100～200m/min，攻丝100m/min 淬硬钢(35～65HRC) 100-400m/min 铝及其合金达到2000-4000m/min，最高达7500m/min 耐热合金达90-500m/min；钛合金达150-1000m/min;;3. 高速切削的特点 随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。 在高速切削加工范围，随切削速度提高，切削力可减少30%以上，减少工件变形。对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形零件的高精度高效加工，高速铣削是目前最有效的加工方法。 高速切削加工时，切屑以很高的速度排出，切削热大部分被切屑带走，切削速度提高愈大，带走的热量愈多，传给工件的热量大幅度减少，工件整体温升较低，工件的热变形相对较小。因此，有利于减少加工零件的内应力和热变形，提高加工精度，适合于热敏感材料的加工。;转速的提高，使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，加工中鳞刺、积屑瘤、加工硬化、残余应力等也受到抑制。因此，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1～2等级。 高速切削可加工硬度HRC45～65的淬硬钢铁件，如高速切削加工淬硬后的模具可减少甚至取代放电加工和磨削加工，满足加工质量的要求，加快产品开发周期，大大降低制造成本。;; 由于高速切削加工具有高生产效率，减少切削力，提高加工精度和表面质量，降低生产成本并且可加工高硬材料等许多优点，已在汽车和摩托车制造业、模具业、轴承业、航空航天业、机床业、工程机械、石墨电极等行业中广泛应用。 使上述行业的产品质量明显提高，成本大幅度降低，获得了市场竞争优势，取得了重大的经济效益。对提高切削加工技术的水平，推动机械制造技术的进步也具有深远的意义。 ;5. 高速切削可加工的工件材料 高速切削加工的工件材料包括钢、铸铁、有色金属及其合金、高温耐热合金以及碳纤维增强塑料等合材料的加工，其中以铝合金和铸铁的高速加工最为普遍。 几乎所有传统切削能加工的材料高速切削都能加工，甚至传统切削很难加工的材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等在高速切削条件下将变得易于切削。;6. 高速切削的加工工艺方法 目前高速切削工艺主要在车削和铣削，各类高速切削机床的发展将使高速切削工艺范围进一步扩大，从粗加工到精加工，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、磨削等。 随着市场竞争的进一步加剧，世界各国的制造业都将更加积极地应用高速切削技术完成高效高精度生产。 ;二. 高速切削加工研究体系;;三. 高速切削加工关键技术 1. 高速主轴系统 高速主轴系统是高速切削技术最重要的关键技术之一。目前主轴转速在15000-30000rpm的加工中心越来越普及，已经有转速高达100000-150000rpm的加工中心。高速主轴由于转速极高，主轴零件在离心力作用下产生振动和变形，高速运转摩擦热和大功率内装电机产生的热会引起热变形和高温，所以必须严格控制，为此对高速主轴提出如下性能要求：(1) 要求结构紧凑、重量轻、惯性小、可避免振动和噪音和良好的起、停性能；(2) 足够的刚性和高的回转精度；(3) 良好的热稳定性；(4) 大功率；(5) 先进的润滑和冷却系统；(6) 可靠的主轴监测系统。 ; 高速主轴为满足上述性能要求，结构上几乎全部是交流伺服电机直接驱动的“内装电机”集成化结构，减少传动部件，具有更高的可靠性。高速主轴要求在极短时间内实现升降速。为此，