高速切削技术与应用讲座.pptVIP

教研组交流讲座 高速切削技术及应用 1. 概述 1.1 高速切削的概念 高速切削是个相对的概念，如果加工方法和切削材料不同，高速切削的速度范围也就不同。 (1)加工方法:车削加工速度范围是700～7000m/min，铣削：300～6000m/min，钻削：200～1100m/min，磨削：150～360m/min。 (2)材料:铝合金的高速切削范围是1500～5500m/min，铸铁：750～4500m/min，普通钢：600～800m/min。 一般认为高速加工的速度范围是普通加工的5～10倍。随着高速机床设备和刀具等关键技术领域的突破性进展，高速加工的速度范围还会不断扩展。 (3)高速化指标： dn（直径×转速）1*106即为高速。 1.2 高速加工技术体系结构 高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术均得到充分发展的基础之上综合而成的。 因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，涉及机床、刀具、工件、加工工艺过程参数及切削机理等诸多方面。 1.3 高速切削技术的发展 1929年德国切削物理学家萨洛蒙博士进行了超高速模拟实验，1931年发表了著名的超高速理论。 美国1960年开始进行超高速初期实验，1977年在带有高频电主轴机床上进行切削实验。 1984年德国组织由40多家单位参加的 联合研究计划。 中国20世纪90年代初由北京理工大学开始进行研究。 1994年德国汉诺威国际机床博览会开始展出高速数控机床，引起了国际机床界的广泛关注。 目前，高速切削技术已渐趋成熟，高速机床的单元技术和整机水平正在逐步提高。 高速加工各种金属的萨洛蒙曲线 2 . 高速超高速加工的特点 2.2 存在问题 高速切削是切削加工发展的主要方向之一，它除依赖于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件等基础技术的发展外，自身亦存在着一系列急待攻克的技术问题。 刀具磨损严重，高速切削刀具切入切出时破损问题，高速切削用刀具材料价格昂贵，铣、镗等回转刀具及主轴需要动平衡，刀具夹持要牢靠安全，主轴系统昂贵且寿命短，而且所用高速加工机床及其控制系统价格昂贵，使得高速切削的一次性投入较大，这些问题制约着高速切削的进一步推广应用。 3. 研发高速超高速机床的必要性 国家重大领域的迫切需求 航空航天领域大型复杂薄壁曲面加工——大飞机项目 船舶、发电设备等的叶轮叶片加工 汽车工业的迅速发展 巨大的经济效益 2001－2005年期间，汽车工业消费了1000亿元的机床，其中进 口机床占800多亿元。 国产高档数控机床仅占数控机床总产量及价值量的1.5%和2.5% 刀具的初购置费约占机床购置费的1/3，除陶瓷刀具外，90%以 上依靠进口。 进口的高速超高速机床在生产中远没有发挥效益。 国外对我国禁运 必须依靠自主研发。 中国的应用现状： （1）技术挑战 Va: 第一临界点：受刀具材料失效温度的局限，提高Va，挑战高性能刀具材料 ; Vb: 第二临界点：超越Vb，切削力与切削温度下降，普通刀具也可胜任超高速加工，向超高速装备技术提出挑战;（2）理论挑战 铸铁超高速切削750m/s,音速的2倍，材料在高速冲击下的去除机理。是否所有材料均存在Vb？  面临的挑战： 4. 关键技术 主轴、轴承技术 柔性动平衡技术 高速进给 直接驱动 刀具技术 刀具寿命 整机设计技术 动、静、热特性 4.1 高速主轴 高速主轴（电主轴）精度高、振动小、噪音低、结构紧凑 高速主轴呈现柔性转子特点; 传统的刚性转子动平衡方法存在不足; 切削力的微小波动将影响平衡质量。 主轴轴承 陶瓷混合轴承： 轴承滚珠为氮化硅陶瓷。密度低，离心力小；弹性模量高，刚度大；摩擦系数低。 气浮轴承：高回转精度、高转速、低温升，承载能力低。 液体静压：运动精度高，动态刚度大，有油升影响。 磁浮轴承：间隙一般在0.1mm左右，允许更高转速，达4.0*106以上，控制结构复杂。 通用机床的18000rpm立式主轴 卧式主轴 车床专用电主轴 4.2 高速进给系统 要求：不仅能达到高速运动，而且要求高的加速度。（瞬时达到高速、瞬时准停） 高速滚珠丝杆+伺服电机：加速度达0.5－1.0g ，进给速度达40-6