高速加工工艺2.ppt

机械制造（1）（基础）《机械制造技术基础》 高速加工的特点 高速加工的特点 高速加工的应用 影响高速加工的主要因素 影响高速加工的主要因素 影响高速加工的主要因素 影响高速加工的主要因素 影响高速加工的主要因素 * * 补充专题： 高速加工技术 高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。 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。 Salomon切削温度与切削速度曲线 切削适应区 软铝 切削速度v/(m/min) 切削不适应区 0 600 1200 1800 2400 3000 青铜 铸铁 钢 硬质合金980℃ 高速钢650℃ 碳素工具钢450℃ Stelite合金850℃ 1600 1200 800 400 切削温度/℃ 切削适应区 非铁金属 高速切削速度范围 10 100 1000 10000 切削速度V（m/min） 塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金 ◎车削： 700-7000 m/min ◎铣削： 300-6000 m/min ◎钻削： 200-1100 m/min ◎磨削： 50-300 m/s 加工效率高：进给率较常规切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍 切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件 切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件 加工精度高：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动；又切削力小、热变形小、残余应力小，易于保证加工精度和表面质量 工序集约化：可获得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定条件下，可对硬表面进行加工，从而可使工序集约化。这对于模具加工具有特别意义 航空航天－大型轻合金整体构件加工 汽车工业－采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线 模具制造－高速铣削代替传统的电火花成形加工 仪器仪表－精密光学零件加工 b）高速模具加工的过程 两种模具加工过程比较 1硬化毛坯→ 2粗铣 → 3半精铣 → 4精铣 →5手工磨修 a）传统模具加工的过程 1毛坯 → 2粗铣 → 3半精铣 → 4热处理 →5电火花加工→6精铣 →7手工磨修 电极制造 （1）机床结构 ◎ 运动部件轻：采用刀具运动方式，由主轴实现三个线性轴的运动； ◎刚性好：允许大加速度； ◎固有频率高：提高机床的动态性能； ◎减震性好：减少震动对加工精度和表面质量的影响。 提高静、动刚度的机床结构： 1）基础大件采用封闭整体箱形结构 2）合理布置加强筋 3）改善机床的阻尼特性 4）采用新材料，提高抗震性 （2）主轴 ◎ 最高转速可达100000 r/min以上； ◎ 高转速状态下，扭矩输出较小； ◎ 轴承磨损较快，影响高速主轴的寿命。 主轴电机直接驱动 电主轴（内装式主轴电机） 主轴与电机转子合为一体 优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，转速高，目前最高可达200000 r/min。 缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴 主轴的陶瓷化 因陶瓷的比重较低 ,与传统钢制的主轴相比 ,为其重量的 2 / 5左右。可缩短主轴到达稳定转数的时间。在必须频繁更换刀具的加工中作用尤其显著。 热膨胀系数低。由于陶瓷主轴同陶瓷轴承相结合 ,使主轴的热变位控制在 1 0 μm以下 (温升为 5℃以下 ) ,即为通常的 1 / 2 ,使加工精度得以提高。 陶瓷轴承高速主轴结构 陶瓷轴承高速主轴 陶瓷球轴承 密封圈 旋转变压器 电主轴 冷却水出口 冷却水入口 陶瓷球轴承 （3）进给系统 ◎ 进给伺服系统代表了机床的动态性能； ◎ 电机驱动：电机丝杠或直线电机 ◎ 导轨：滚动导轨取代滑动导轨 电机 支承 丝杠 螺母 伺服进给系统 直线电机伺服进给 （4）数控系统 ◎ 插补方式：非均匀B样条插补； ◎ 程序段处理时间：0.5－4 ms ◎ 前瞻功能：机械、液压动作提前准备；分析刀具前方图形的几何特点 （5）其它因素 ◎ 刀具寿命：耐磨性、耐热性、动平衡 ◎ 冷却润滑：高压气体（克服离心力） ◎ 安全性：刀片