超高速超精密加工技术ppt

超高速及超精密加工技术工程训练中心

姓名：党长春学号：2162224026

超高速加工技术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（SuperHigh-speedCutting）: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5～10倍。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000r/min。高速加工的概念与特征图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”和高速切削理论。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；

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加工零件高精度

切削激振频率远高于机床系统固有频率，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（Onepassmachining）。

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3ºC，90%切削热被切屑带走；高速切削加工应用（1）航空航天领域。大型整体结构件、薄壁类零件和叶轮零件等。

波音公司的F15战斗机的起动减速板铝合金整体零件：

整体零件“掏空”，切除量大零件有薄壁，要求小切削力小直径刀具较长的刀具悬伸

高速铣削典型工件（2）汽车制造。专用机床5轴×4工序=20轴（3万件/月）刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）1234钻孔表面倒棱内侧倒棱铰孔表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）（3）模具制造。

采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值/mm加工时间100%1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修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

（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62），可代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。

（5）超精密微细切削加工领域。粗铣整体铝板；精铣去口；钻680个直径为3mm的小孔。时间为32min。

高速切削加工医用药盒高速切削加工的关键技术1.高速主轴

电主轴：交流伺服电动机内置式集成化结构。转子套装在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷或油冷。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。

转速：CAK6136V/750主轴最高转速：3000m/min.

VMC650立式加工中心主轴最高转速：8000r/min.

VCN510C-数控立式加工中心转速：15000r/min.前辅助轴承电主轴双面轴向推力轴承前径向轴承后径向轴承后辅助轴承前径向传感器后径向传感器轴向传感器图18

磁浮轴承高速主轴

磁浮轴承主轴结构

2.快速进给系统

具有大的加减速度以及高的定位精度。普遍采用交流伺服电机代替直流伺服电机。快速进给速度：VCN510C-加工中心进给速度：36m/min.

VMC650立式加工中心进给速度：10m/min.

CAK6136V/750快速进给速度：7.6m/min工作进给速度：高规格的加工中心快速进给速度可达到60m/min.

工作进给速度低于40m/min.

3.超高速加工用刀具、磨具

超高速加工用刀具、磨具主要指超高速铣削用刀具和超高速磨削用砂轮。

技术要求：较强的硬度和耐磨性、较高的强度和韧性、高的耐热性和抗冲击性。

刀具切削刃主要材料：聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、氧化硅陶瓷材料。金刚石刀具1957年美国通用电器(GE)公司采用与金刚石制造方法相似的方法，合成于第二种超硬材料——立方氮化棚(CBN)。CBN有单晶体和多晶体之分，即CBN单晶和聚晶立方氮化棚(简称PCBN)。CBN与金刚石的硬度相近，又具有高于金刚石的热稳定性和对铁族元素的高化学稳定性。各种焊接的PCBN刀具立方氮化硼刀具

精密与超精密加工的定义精密与超精密加工的地位金刚石刀具镜面切削精密与超精密磨削精密与超精密加工技术

精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份精密与超精密加工定义

精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路最小线宽0.1μm，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm

精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍

精密与超精密加工的地位

切削在晶粒内进行切削力＞原子结合力（剪切应力达13000N/mm2）刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受高速切削（与传统精密切削相反），工件变形小，表层高温不会波及工件内层，可获得高精度和好表面质量

金刚石刀具镜面切削

应用光学反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、照像机塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等

机理、特点

刀具刃口半径可达到纳米级水平，可实现切削厚度为纳米级的连续切削金刚石车床加工4.5mm陶瓷球

金刚石车床及其加工照片精密与超精密磨削

磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工序。

超精密磨削和磨料加工是利用细粒度的磨粒和微粉对硬脆材料进行加工的方法。

进给＋－图2-8ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷1、ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）

使用ELID磨削，冷却液为一种特殊电解液。通电后，砂轮结合剂发生氧化，氧化层阻止电解进一步进行。在切削力作用下，氧化层脱落，露出了新的锋利磨粒。由于电解修锐连续进行，砂轮在整个磨削过程保持同一锋利状态。◆

砂轮材料：金刚石，立方氮化硼（CB