超高速加工技术ppt课件.ppt
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1、第3讲 高速加工技术,本节要点高速加工的概念与特征高速加工的切削速度范围高速加工的切削理论高速切削加工的优点和应用高速切削加工的关键技术高速磨削加工,1,超高速加工是一个相对的概念,由于不同的加工方式、不同工件材料有不同的高速加工范围,因而很难就超高速加工的切削速度给出一个确切的定义。概括地说,超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具,能可靠地实现高速运动,极大地提高材料切除率,并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术,其切削速度通常比常规高10倍左右。,2,高速加工技术: 采用超硬材料的刀具和磨具,能可靠地实现高速运动的自动化制造设备,极大地提高材料的切除率,并保证加工精度和加工质量的现
2、代制造加工技术。 超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。 超高速切削(Super High-speed Cutting):采用比常规速度高得多的切削速度进行加工的一种高效新工艺方法。,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510倍。以主轴转速界定:高速加工的主轴转速10000 r/min。,高速加工的概念与特征,3,高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异,车削(Turing):700-7000 m/min 铣削(Milling):300-6000 m/min 钻削(Drilling):200-1100 m/min 磨削(Grinding):50-300 m/s
3、镗削(Boring):35-75m/min,高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同,1. 高速加工切削速度的范围,铝合金(Aluminum Alloy):1000-7000 m/min铜(Cu):900-5000 m/min钢(Steel):500-2000 m/min灰铸铁(Gray cast iron):800-3000 m/min钛(Ti):100-1000m/min,4,德国切削物理学家Carl Salmon 博士1929年进行了超高速模拟实验。,2. 切削理论的提出,5,图2 切削速度变化和切削温度的关系,在1931 年4 月,根据实验曲线,提出著名的“萨洛蒙曲线”和高速切削理
4、论。即:一定的工件材料对应有一个临界切削速度,在该切削速度下其切削温度最高。,6,结论:在常规切削速度范围内,切削温度随着切削速度的增大而提高。在切削速度达到临界切削速度后,随着切削速度的增大切削温度反而下降。,启示: 如果切削速度能超越切削“死谷”, 在超高速区内进行切削,则有可能用现有的刀具进行高速切削,从而可大大减少切削工时,成倍地提高机床的生产率。,7,切削力低 切削变形小,切屑流出速度加快,切削力 比常规降低30-90%,可高质量地加工出薄壁零件;,3.高速加工的特点,材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍;,图 3 加工零件,8,高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率,
5、加工平稳、振动小;,减少工序 工件加工可在一道工序中完成,称为 “一次过”技术(One pass machining)。,A为高速切削加工时的热传导过程 B为传统加工的热传导过程 图4 热传导对比图,热变形小 温升不超过3C,90%切削热被切屑带走;,9,应当指出的是,超高速加工的切削速度不仅是一个技术指标,而且是一个经济指标。也就是说,它不仅仅是一个技术上可实现的切削速度,而且必须是一个可由此获得较大经济效益的高切削速度。没有经济效益的高切削速度是没有工程意义的。 目前定位的经济效益指标是:在保证加工精度和加工质量的前提下,将通常切削速度加工的加工时间减少90,同时将加工费用减少50,以此来
6、衡量高切削速度的合理性。,10,二、超高速加工技术的现状及发展趋势 自20世纪30年代德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念以来,经过50年代的机理与可行性研究,70年代的工艺技术研究,80年代全面系统的高速切削技术研究,到20世纪90年代后期,商品化高速切削机床大量涌现;21世纪初,高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。工业发达国家对超高速加工的研究起步早,水平高。在此项技术中,处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。,11,在超高速加工技术中,超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件。超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法,而高速数控机床和加工
7、中心则是实现超高速加工的关键设备。,12,目前,刀具材料已从碳素钢和合金工具钢,经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料,发展到人造金刚石及聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)及聚晶立方氮化硼(PCBN)。切削速度亦随着刀具材料的创新而从以前的12m/min提高到1200m/min以上。 砂轮材料过去主要采用刚玉系、碳化硅系材料,美国GE公司于20世纪50年代首先在金刚石人工合成方面取得成功,60年代又首先研制成功CBN。20世纪90年代陶瓷或树脂结合剂CBN砂轮、金刚石砂轮线速度可达125 m/s,有的可达150 m/s,而单层电镀CBN砂轮可达250 m/s。因此有人认为,随着新刀具(磨具)材
8、料的不断发展,每隔十年切削速度要提高一倍,亚音速乃至超声速加工的出现不会太遥远了。,13,在超高速切削技术方面,近年来,高速、超高速加工的实际应用和实验研究取得了显著成果。,世界许多著名公司的加工中心,如美国的Cincinnati和Ingersoll、日本牧野、意大利的Rambaudi等公司,其标准主轴转速配置可达800010000 r/min,可选的20000 r/min以下的主轴单元已处于商品化阶段。 日本日立精机的HG400III型加工中心主轴最高转速达3600040000 r/min,工作台快速移动速度为3640 m/min。,14,高速磨削在20世纪60年代初,砂轮磨削速度曾一度达到
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