超高速加工技术作业课件

超高速加工技术超高速加工技术技术概述研究内容技术应用发展趋势加工刀具超高速加工技术的概述超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。

超高速加工技术主要包括：超高速切削与磨削机理研究，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具与磨具制造技术，超高速加工在线自动检测与控制技术等。超高速切削概述

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。1.超高速切削的速度范围切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min铸铁为1500m/min超耐热镍合金达300m/min钛合金达150~1000m/min纤维增强塑料为2000~9000m/min各种切削工艺的切速范围为：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min磨削250m/s1.超高速切削原理

在机械加工中,切削温度是一个重要的制约参数。根据德国著名切削物学家萨洛蒙的超高速切削理论,钢材的切削速度与切削温度可用萨洛蒙曲线来表示(参见图),曲线表明切削速度和切削温度不是呈线性的。超高速加工技术研究内容图1萨洛蒙曲线图2切削速度与摩擦系数关系3.高速加工的特点切削力低

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；

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；超高速加工技术的发展趋势

图HSM600U型数控五轴高速加工中心

生产厂家：瑞士Mikron主轴转速：最高42000rpm

主轴功率：13KW

进给速度：最高40m/min

定位精度：0.008mm

重复定位精度：0.005mmHSM400加工极高表面光洁度的硬钢HRC62、铝、铜、塑料工件HSM800HSM600瑞士GF阿奇夏米尔

MIKRONHSM400ULP超精密高速铣削加工中心超高速加工技术的应用

航空工业

飞机制造通常需要切削加工长铝合金零件、薄层腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不在采用铆接工艺，从而降低飞机重量。

飞机中多数零件是从从原材料中切除80%-90%的多余材料而成，即所谓的“整体制造法”、在整体上掏空加工形成多筋薄壁构件，其金属切削量是相当的大，这正是高速切削的永无之地。采用高速加工。可使加工效率提高7-10倍，其尺寸精度和表面质量都达到无需再光整加工过的水平。图5

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图6高速铣削典型工件模具制造当采用高转速、高进给、低切削深度的加工方法时，对淬硬钢模具型腔加工可获得较佳的表面质量，可省去后续的电加工和手工研磨等程序。3.汽车制造

汽车的发动机的箱体、气缸盖大多采用组合机床加工。国外的汽车工业以及上海大众、上海通用公司，对技术要求变化较快的汽车零件，如汽缸盖的气门数目及参数经常变化，现一律采用高速加工中心来加工。高速加工中心将柔性生产线的效率提高到组合机床生产线的水平。模具制造

图7

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图8两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.难加工材料的加工镍基高温合金和钛合金常用来制造发动机零件，因为他们很难加工，一般采用很低的切削速度。如采用高速与超高速加工，则可大幅的提高生产率，减小刀具磨损，提高零件的表面质量。纤维增强复合材料切削时对刀具有十分严重的刻画作用，刀具磨损非常快。用聚晶金刚石刀具进行高速加工，收到满意的效果，不仅防止出现“层间剥离”，而且效果好、质量好。

超高速加工刀夹及刀具的选用1高速主轴的刀夹超高速加工要求确保高速下主轴与刀具连结状态不能发生变化,并且对动态平衡要求非常高,不仅要求主轴要有精密的动平衡,而且刀具装夹机构也需精密动平衡。在超高速加工时,由于离心力的作用,主轴与刀具结合部位的锥孔会产生扩展效应,不仅会影响刀具和主轴的连接刚度,严重时还会飞出伤人。国外在这方面做了大量的研究开发工作,推出了几种方案。Kelch公司提供的收缩夹紧系统，收缩夹紧包括加热刀夹Sohunk公司生产的Tribos动力收缩系统德国开发的HSK刀夹美国肯纳公司开发的KM系统日本开发的BigPlus刀具夹紧系统2.高速加工常用的刀具材料

高速切削加工要求材料与被加工材料的化学亲合力要小,并且具有优异的机械性能、热稳定性、抗冲击性和耐磨性。目前高速切削中刀具材料有单涂层或多涂层硬质合金、陶瓷、立方氧化硼(CBN)、聚晶金刚石等。(1)涂层硬质合金刀具(2)金属陶瓷和涂层金属陶瓷(4)超硬材料立方氮化硼(5)超硬材料金刚石超高速加工技术是先进的加