高速切削技术

1、高速切削加工技术高速切削加工技术 常州机电职业技术学院 杜前超 2014.03.10 1.生产力构成中, 制造技 术的作用往往占60% 左 右 2.工业发达国家制造技 术发展计划 ，如美国的 先进制造技术计划 （AMT）、关键技术 （制造）计划，日本的 智能制造系统国际合作 计划（IMS），德国的 制造 2000 计划等。 3.现代切削加工技术的 重要发展方向 ：以高生 产率和高加工精度与表 面质量等特点著称的高 速切削技术 高速切削加工机床结构高速切削加工机床结构 一.什么是高速切削 二.高速切削的特点 三.高速切削技术支持 一.什么是高速切削：(4方面) 1、在以前的十几年里，在机械加工技

2、术的研 究和发展上，主要精力集中在减少加工过程的 辅助时间方面。 如：零件上、下装卸、测量、换刀、调整机床 加工中心、柔性制造单元（双工作台）、柔性 制造系统较好的解决了这些问题，可以说以数 控机床为基础的加工自动化技术，是现代制造 技术中最为辉煌的成就之一。具有革命性的里 程碑的意义。 其实质是以加快空行程的速度和提高 零件生产过程的连续性，从而缩短辅 助时间的一种技术手段 2. 缩短辅助时间是在一定限度的。加工 中心换刀时间已经小于1s（切切）快速行 程已提高到3060 m/min,再继续提高。技 术上有难度，经济上不合算，对提高生产 率意义也不大。提高生产率，矛盾的主要 方向已经转移到了

3、切削时间方面。这就是 高速切削技术发展的历史背景。 3. 高速切削技术在发展历史上遇到两大 障碍-理论研究、关键技术，也就是说要解 决两大问题，而首要的问题高速切削的机理 要有较大的突破。奠定高速切削理论基础的 是德国切削物理学家 萨罗蒙。其理论描述了 一个切削条件范围，切削速度超过这个范围 后，切削温度、振动、切削力都下降。 高速切削范围： 按不同的加工工艺：车削： 700 7000m/min （线速度） 铣削： 300 6000m/min 钻削：200 1100m/min 磨削：150 360m/s 主轴转速：10000转/分以 上(最少) 进给建度：30 90m/min 加减速度：1 8

4、g （普通 数控 0.1 0.3g） 高速切削速度范围 二二 .高速加工切削的特点：高速加工切削的特点：(6个问题个问题) 1.单位时间内材料切除率可大大增加，可 达到常规切削的36倍。极大提高了机床的 生产率 2.切削力可降低30%，尤其是径向切削力大 幅度减少，特别有利于薄壁等刚性较差零 件的加工，最小0.05mm 3.高速切削时95%98%以上的切削热来不及 传给工件，工件基本处于冷态。特别适合 加工易热变形的零件 4.高速切削时，机床的激振频率特别高,远高 出机床系统的固有频率，可加工出非常精 密光滑的零件 5.高速加工可加工各种难加工材料 6.降低加工成本 单件加工时向缩短 一次安装

5、完粗、半精、精 三三.高速切削的关建技术高速切削的关建技术 1.高速切削刀具技术 2.高速切削机床技术 3.高速切削工艺技术 4.高速加工测试技术 重点：高速切削机床 1、高速加工对机床的特殊要求及零动理论的提出 a、主轴转速高，功率大 转速：10000100000转/分 功率：1580kw b、进给量和快速行程速度高 60100m/min c、主运动与进给运动具有极高的加速度 常规：（0.1 0.2）g 行程短速度快行程短速度快 高速：（1 8）g 这是必然要求这是必然要求 由“速度设计”进入“加速度设计” d、机床要有优良的静、动、热态特性 以往的机床存在大量的传动部件，具有很大的转动惯量

6、（换向、 变速、变转矩的要求）。 影响到加速度，这是需要解决的首要问题，最理想的方法就是将 原动件与执行件合二为一，即所说的零传动 2、零传动在高速机床上的应用：电主轴 原因：、若电动机不内置，由此产生的振 动和噪音问题很难解决，势必影响高速加 工精度、表面粗糙度、加工环境恶化（绿 色、环保、和谐、低碳） 、是将主传动系统转动惯量减小到最低的 最好的办法 、极大的提高了主轴系统的刚度，提高了 高速运转的稳定性 零传动高速机床上的电主轴 3、高速机床的进给系统 传统的进给系统存在的问题： 、刚度低、惯量大、难以得到高的进给速度和 加速度。如：滚珠丝杠（传统）难以超过 60m/min。 、非线性严

7、重不易实现闭环控制，如间隙、摩 擦等。 、传动误差较大，影响加工精度 、机械传动链结构复杂，特别是对重型机床和 多坐标轴机床更为突击 、机械噪音大 、传动效率低 解决问题的途径 1、采用新设计、新工艺、新材料，对传统的滚珠丝杠进 行改造，由此构成新一代的“伺服电机+滚珠丝杠“系统： 提高系统刚度，采用中空结构、预拉伸处理提高支撑的刚 度 增大丝杆螺母的导程和螺纹的头数 实施强制冷却减小发热的影响，中空强制冷却 对螺母结构进行特殊设计，减少滚珠直径，钢珠采用空心 结构 采用陶瓷等新材料制造滚珠 预加载进行自适应控制 采用螺母旋转，丝杠不动的方案，还可用双螺母，实现一 轴多驱动 采用双电机驱动结构，分别驱动丝杠和螺母，实现差动进 给 2、直线电动机进给驱动系统 速度高：80180m/min 加速度大：210g 定位精度高：0.10.01m 行程不受限制：美国一大型高速加工中心 主轴：60000转/分，80kw X行程：46m；进给：60m/m