先进制造技术-41高速加工.ppt

高速铣削(HSM / HSC)技术  High Speed Machine/Cutting 问题的提出 从提高生产率的角度看，机床和生产过程自动化的实质，归根到底，是以加快空程动作的速度和提高零件生产过程的连续性，从而缩短辅助工时为目的的一种技术手段。 但是辅助动作速度的提高是有一定限度的。例如目前加工中心自动换刀时间已缩短到1S，快速空程速度已提高到 30～50 m/min。再提高空程速度不但技术上有困难，经济上不合算，且对提高机床的生产率意义也不大，矛盾的主要方面已经转向切削工时。只有大幅度地降低切削工时（即提高切削速度和进给速度等），才有可能在提高机床生产率方面出现又一次新的飞跃。这就是近20年来超高速切削技术得以迅速发展的历史背景。 图示为1960以年来铣削工时的变化情况。由图可见，1970～1980年，由于加工中心的大发展，零件加工的辅助工时迅速下降；80年代以来，由于高速切削技术的推广应用，零件加工中的切削工时开始呈现较大幅度的下降。在整个90年代，随着超高速切削技术的飞速进步，这个趋势将继续发展下去。 超高速切削概念的产生－萨洛蒙曲线 超高速切削理论研究可追溯到1931年4月德国切削物理学家萨洛蒙Carl Salomon发表的著名的超高速切削理论，现在人们常用“萨洛蒙曲线”来表示。 超高速切削概念的产生可用下图示意 实验研究 由于受当时实验条件的限制，这一理论未能严格区分切削温度和工件温度的界限。但是，他的思想给后来的研究者一个非常重要的启示：如能越过这个“死谷”，而在超高速区(C区)进行工作，则有可能用现有的刀具进行超高速切削，从而大幅度地减少切削工时，成倍地提高机床的生产效率。美国于1960年前后开始进行超高速切削试验。试验采用了将刀具装在加农炮里，从滑台上射向工件或将工件当作子弹射向固定的刀具。试验指出，在超高速切削的条件下，切屑的形成过程和普通切削不同。随着切削速度的提高，塑性材料的切屑形态将从带状、片状到碎屑不断演变。单位切削力初期呈上升趋势，尔后急剧下降。这些现象说明，在超高速切削条件下，材料的切削机理将发生变化，切削过程变得比常规切速下容易和轻松。对于这种现象，有各种各样的解释，目前这项理论研究工作还在进一步深入。 超高速切削的应用研究 在证实和应用萨洛蒙理论方面，美国科技界和工业界做了许多领先的工作。1977年在一台带有高频电主轴的加工中心上进行超高速切削试验。其主轴转速可在 1800～18 000 r/min范围内无级变速，工作台的最大进给速度为76 m/min。试验结果表明，与传统的铣削相比，其材料切除率增加了2～3倍，主切削力减小了70％，而加工的表面质量明显提高。受萨洛蒙理论的启发，美国空军和Lockheed飞机公司首先研究了用于轻合金材料的超高速铣削。1979年美国防卫高技术研究总署（DARPA）发起了一项“先进加工研究计划”（Advanced Machining Research Program），研究切削速度比塑性波还要快的超高速切削，为快速切除金属材料提供科学依据。经过多年的努力，获得了丰硕的成果。 研究指出：随着切削速度的提高，切削力下降，加工表面质量提高。刀具磨损主要取决于刀具材料的导热性，并确定铝合金的最佳切削速度范围是1560～4 500 m/min。 在德国，超高速切削得到了国家研究技术部的鼎力支持。1984年该部拨款 1160万马克，组织了以Darmstadt工业大学的生产工程与机床研究所（PTW）为首的、有41家公司参加的两项联合研究计划，全面而系统地研究了超高速切削机床、刀具、控制系统等相关的工艺技术，分别对各种工件材料（钢、铸铁、特殊合金、铝合金、铝镁铸造合金、铜合金和纤维增强塑料等）的超高速切削性能进行了深入的研究与试验，取得了国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂广泛应用，获得了良好的经济效益。 日本于60年代就着手超高速切削机理的研究。日本学者发现，在超高速切削时，切削热的绝大部分被切屑迅速带走，工件基本保持冷态，其切屑要比常规切屑热得多。日本工业界善于吸取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，尤其在超高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现已跃居世界领先地位。1990年以来，以松浦、牧野、马扎克和新泻铁工等公司为代表的一批机床制造厂，陆续向市场推出不少超高速加工中心和数控铣床。日本厂商现已成为世界上超高速机床的主要提供者。 近年各国生产的高速加工中心和NC机床 超高速切削的相关技术 超高速切削技术的综合性高技术体系 HSM高速铣削是各种先进技术发展的结果： 1、CNC加工中心 2、刀具/卡头/材料 3、网络技术