机械制造过程高速切削工艺ppt课件

1、第七讲 高速切削机床与工艺v机硕1007班陈琛一一.高速切削加工的定义高速切削加工的定义高速切削加工技术中的“高速是一个相对概念。对于不同的加工方法和工件资料与刀具资料，高速切削加工时运用的切削速度并不一样。如何定义高速切削加工，至今还没有一致的认识。目前沿用的高速切削加工定义主要有以下五种： 11978年，CIRP切削委员会提出以线速度500700m/min的切削速度加工为高速切削加工。2对铣削加工而言，从刀具夹持安装到达平衡要求时的速度来定义高速切削加工。根据ISO1940规范，主轴转速高于8000r/min为高速切削加工。 3德国Darmstadt工业大学消费工程与机床研讨所提出以高于5

2、10倍的普通切削速度的切削加工定义为高速切削加工。 4从主轴设计的观念，以沿用多年的DN值主轴轴承孔直径D与主轴最大转速N的乘积来定义高速切削加工。DN值达52000 x mmr/min时为高速切削加工。 5从刀具和主轴的动力学角度来定义高速切削加工。这种定义取决于刀具振动的主方式频率，它在ANSI/ASME规范中用来进展切削性能测试时选择转速范围。 因此，高速切削加工不能简单地用某一详细的切削速度值来定义。根据不同的切削条件，具有不同的高切削速度范围。目前，加工铝合金已到达20007500m/min；铸铁为9005000m/min；钢为6003000m/min；耐热镍基合金达500m/min

3、；钛合金达1501000m/min；纤维加强塑料为20009000m/min。 二.高速切削的历史 美国于1960年前后开场进展高速切削实验。1977年美国在一台带有高频电主轴的加工中心上进展了高速切削实验，其主轴转速可以在180018000r/min范围内无级变速，任务台的最大进给速度为7.6m/min。在德国，1984年国家研讨技术部组织了以Darmstadt工业大学的消费工程与机床研讨所为首，包括41家公司参与的两项结合研讨方案，全面而系统地研讨了高速切削机床、刀具、控制系统以及相关技术。他们获得了国际公认的高程度研讨成果，并在德国工厂广泛运用，获得了好的经济效益。日本与20世纪60年代

4、就着手高速切削机理的研讨，日本厂商现已成为世界上高速机床的主要提供者。我国早在20世纪50年代就开场研讨高速切削，但由于各种条件限制，进展缓慢。 三.高速切削加工根底高速切削加工切屑构成高速切削加工切屑构成根据工件资料和切削条件的不同，切削时根据工件资料和切削条件的不同，切削时通常构成四种类型的切屑：延续切屑、节通常构成四种类型的切屑：延续切屑、节状切屑、单元切屑、崩碎切屑。高速切削状切屑、单元切屑、崩碎切屑。高速切削时，特别是自动化加工中，切屑的类型非时，特别是自动化加工中，切屑的类型非常重要，长的连绵不断的延续切屑，缠绕常重要，长的连绵不断的延续切屑，缠绕工件或刀具，损坏工件和刀具外表，损

5、伤工件或刀具，损坏工件和刀具外表，损伤操作者，无法正常切削，甚至损坏机床。操作者，无法正常切削，甚至损坏机床。周期性的节状或单元切屑，会呵斥高速切周期性的节状或单元切屑，会呵斥高速切削力的高频变化，从而影响加工精度与外削力的高频变化，从而影响加工精度与外表粗糙度和刀具寿命。表粗糙度和刀具寿命。四.高速切削的优点 1、随切削速度的大幅度提高，进给速度也相应提高510倍。高速切削的资料去除率通常是常规的36倍，甚至更高。同时机床快速空程速度的大幅度提高，也大大减少了非切削的空行程时间，从而极大地提高了机床的消费率。 2、刀具切削情况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量

6、很小，剪切变形区窄，变形系数减小，切削力降低大约30%90%。同时，由于切削力小，让刀也小，提高了加工质量。 3、刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。 4、工件外表质量好。工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因此工艺系统振动很小，非常容易获得好的外表质量。 5、高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走，可进展高速干切削，不用冷却液，减少了对环境的污染，能实现绿色加工。 6、可完成高硬度资料和硬度高达hrc40-62淬硬钢的加工。如采用带有特殊涂层的硬质合金刀具，在高速

7、、大进给和小切削量的条件下，完成高硬度资料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工的36倍，而且获得非常高的外表质量，根本上不用钳工抛光。 7、降低本钱。 五五.高速切削机床的技术高速切削机床的技术 高速电主轴单元 机电一体化的主轴，即所谓电主轴。现代化的主轴是电机与主轴有机地结合成一体，采用电子传感器来控制温度，自有的水冷或油冷循环系统，使得主轴在高速下成为“恒温；又由于运用油雾光滑、混合陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。由于采用了机电一体化的主轴，减去了皮带轮、齿轮箱等中间环节，其主轴转速就可以轻而易举地到达042000r/min，甚至更高。不仅如此，由于构造简化，造价下降，

8、精度和可靠性提高，甚至机床的本钱也下降了。 噪声、振动源消除，主轴本身的热源也消除了。 电主轴是经过交流变频调速和矢量控制来实现主轴的宽调速的.它的优点不仅是简化了主传动构造,减少主传动系统的转动惯量,而且降低了功耗,提高了实现更高主轴速度和加减速度的才干,从而也可实现定角度的快速准停功能,这对高速加工机床是非常重要的。 六.高速切削加工工艺技术v高速切削工艺是胜利进展高速切削加工的关键技术之一。选择不当，会使刀具磨损加剧，完全达不到高速加工的目的。高速切削工艺技术包括切削参数、切削途径、刀具资料及刀具几何参数的选择等。 1.切削参数的选择 在高速切削加工中，必需对切削参数进展选择，其中包括刀

9、具接近工件的方向、接近角度、挪动的方向和切削过程顺铣还是逆铣等 2.切削途径的优化选择 走刀方向的优化在走刀方向的选择上，以曲面平坦性为评价准那么，确定不同的走刀方向选取方案；对于曲率变化大的曲面以最大曲率半径方向为最优进给方向，对曲率变化小的曲面，以单条刀轨平均长度最长为原那么选择走刀方向。 刀位轨迹生成按照刀位途径尽能够简化，尽量走直线，途径尽量光滑的要求选择加工战略，选择适宜的插补方法，保证加工面残留高度的要求，采用过渡圆弧的方法处置加工干涉区，这样在加工时就不需求减速，提高加工效率。 柔性加减速和断刀的几率。选取适宜的加减速方式，减少启动冲击，坚持机床的精度，减少刀具颤振 。 3.刀具

10、资料的选择 切削刀具资料与加工对象的力学性能匹配，主要指刀具与工件资料的强度、韧性和硬度等力学性能相匹配。 切削刀具资料与加工对象的物理性能匹配，土要是指刀具与工件资料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数、抗热冲击才干等物理参数要相匹配。 切削刀具资料与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具资料与工件资料化学亲和性、化学反响、分散和溶解等化学性能相匹配。 4.干式准干式切削技术高速加工中不采用切削液或采用微量的切削液可以带来大量的益处,降低切削过程对环境的危害、提高切屑的回收利用率等降低切削本钱、降低切削过程对环境的危害、提高切屑的回收利用率等。 5.加工误差综合动态补偿技术 高速切削加工中误差

11、产生的主要缘由有伺服系统的滞后、加减速引起的滞后、插补周期引起的外形误差、数控系统的轮廓误差等 。 目前采用的补偿技术有：温度补偿、象限补偿、丝杠误差补偿、运用非均匀有理 B 样条插补、纳米插补、加减速预测及控制伺服电机最正确加减速转矩、进展前瞻性控制、刀具长度补偿、刀具中心点及半径补偿、冲击控制等。 七七.高速机床高速机床 1.高速车床高速车床高速车床需求有相当的大功率覆盖粗加工范围。所以，必高速车床需求有相当的大功率覆盖粗加工范围。所以，必需采用新观念设计机床，以满足高速加工时机床的刚性要求，需采用新观念设计机床，以满足高速加工时机床的刚性要求，特别重要的是直接驱动和较松的支撑顶尖，以消除

12、宏大的轴特别重要的是直接驱动和较松的支撑顶尖，以消除宏大的轴向力。高速车床的卡盘向力。高速车床的卡盘/任务区应该完全被罩起来，维护罩任务区应该完全被罩起来，维护罩应该运用弹性的和可以吸收能量的夹层构造。应该运用弹性的和可以吸收能量的夹层构造。在设计或选择车床主轴时采用构造紧凑的主轴构造，在主在设计或选择车床主轴时采用构造紧凑的主轴构造，在主轴转速允许的条件下尽量选大直径。高速车削加工中的一个轴转速允许的条件下尽量选大直径。高速车削加工中的一个技术难点是工件的夹紧方法，要开发用于高速车床的公用卡技术难点是工件的夹紧方法，要开发用于高速车床的公用卡盘。盘。2.高速钻床高速钻床高速钻床属于粗加工。具

13、有立式和卧式高速钻床属于粗加工。具有立式和卧式主轴的任务台式和龙门式钻床都可以用做主轴的任务台式和龙门式钻床都可以用做高速钻床。高速钻削要求主轴有足够高的高速钻床。高速钻削要求主轴有足够高的转速，切削速度大于转速，切削速度大于100m/min；稳定性；稳定性好，特别是动刚度高。快速攻螺纹还要求好，特别是动刚度高。快速攻螺纹还要求快速反转、定位和速度控制。在高速钻削快速反转、定位和速度控制。在高速钻削加工中，内冷钻头需求高压、大流量切削加工中，内冷钻头需求高压、大流量切削液以及很细的过滤器。液以及很细的过滤器。3.高速铣床高速铣床4.高速车铣床高速车铣床车铣床是集车、铣功能于一体的机床，车铣床是

14、集车、铣功能于一体的机床，或者说是在车床上加上高速铣头而构成或者说是在车床上加上高速铣头而构成的具有车、铣功能的机床，使机床具有的具有车、铣功能的机床，使机床具有更大的加工范围。这种机床可以车削为更大的加工范围。这种机床可以车削为主，也可以以铣削为主。主，也可以以铣削为主。5.高速虚拟轴机床高速虚拟轴机床虚拟轴机床与传统机床相比，还有虚拟轴机床与传统机床相比，还有很多优良的性能。虚拟轴机床实践上很多优良的性能。虚拟轴机床实践上是一个空间并联杆机构，用了基于是一个空间并联杆机构，用了基于Stewart平台原理的并联闭锁多自在度平台原理的并联闭锁多自在度驱动机构，其六根杆即六个并联连杆。驱动机构，其六根杆即六个并联连杆。它的运动误差不会像串联机床那样相它的运动误差不会像串联机床那样相互叠加，因此在实际上讲，虚拟轴机互叠加，因此在实际上讲，虚拟轴机床的精度应高于传统机床。床的精度应高于传统机床。 6.加工中心加工中心加工中心是数控机床进一步开展的加工中心是数