先进制造工艺技术(超高速加工).ppt
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1、先进制造工艺技术(超高速加工)第一页,共44页。一、超高速加工的定义及产生背景一、超高速加工的定义及产生背景 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造技术。第二页,共44页。 20世纪世纪30年代德国物理学家年代德国物理学家dr.carl salomon以大直径圆锯片对不以大直径圆锯片对不同的工件进行了高速切削实验。同的工件进行了高速切削实验。 50年代末期,得到科学家和工程师的重视展开了一系列模拟实验。年代末期,得到科学家和工程师的重视展开了一系列模拟实验。 197
2、7年美国第一次在真正的机床上实现了超高速切削。年美国第一次在真正的机床上实现了超高速切削。 80年代中期德国年代中期德国darsmtadt大学和大学和40多家制造企业在政府的资助下,多家制造企业在政府的资助下,对高速机床、刀具、控制系统和安全防护等进行全面研究。其研对高速机床、刀具、控制系统和安全防护等进行全面研究。其研究成果反映在究成果反映在H.Schulz教授的专著教授的专著金属和非金属的高速铣削金属和非金属的高速铣削中。中。 90年代日本后来居上。年代日本后来居上。第三页,共44页。国外一些高速加工中心,其主要技术参数为: 主轴最高转速:最高4000060000r/min坐标轴加工最高速
3、:3060m/min,快速移动:7080m/min;换刀时间:1.53.5 s ,0.80.9 s ;托板交换:68s第四页,共44页。 小的切削深度和厚度,刀具每刃的切削量极小,因而机床主轴、导轨的受力就小,机床的精度寿命长, 同时刀具寿命也延长了。 虽然切削深度和厚度小,但主轴转速高,进给速度快,单位时间内的金属切除量反而增加了,由此加工效率也提高了。 将粗加工、半精加工、精加工合为一体,在一台机床上完成,减少了机床台数,避免由于多次装夹使精度产生误差。 可加工高硬度、难加工材料(62HRC左右),可以钻1mm以下的小孔。 加工时间短,经济性能好。第五页,共44页。 有色金属,特别是铝薄壁
4、加工,如厚度0.1mm、高几十mm的成形曲面。 石墨加工,模具型腔制造中,采用电火花腐蚀加工,石墨电极被广泛使用。石墨很脆,必须用高速切削才能较好地进行成形加工。 模具,特别是淬硬模具。可以直接切出模具,省去机加工电加工的几道工序,节约工时;还可达到很高的表面质量(Ra0.4um),省去了电加工后面的磨削和抛光的工序;切削中形成的已加工表面的压应力状态,提高模具工件表面的耐磨程度。 硬的、难切削的材料,如耐热不锈钢等。第六页,共44页。 超高速切削的发展趋势:高效高速化;实用廉价化;复合化等 超高速磨削技术的发展趋势:高柔性自动化系统+超硬磨料磨具+各种高速高效磨削技术。第七页,共44页。关键
5、技术:超高速切削、磨削机理;超高速主轴单元制造技术; 超高速加工进给单元制造技术;超高速加工用刀具、磨具; 超高速加工机床支承及辅助单元制造技术;超高速加工测试技术。第八页,共44页。随着切削线速度的增加,温度及刀具磨损会剧烈增加,当切削线速度达到超过某临界值时,切削温度及切削力会减小,然后又随着切削速度的增加而急剧增加第九页,共44页。主轴的驱动方式主轴的驱动方式 电动机通过带传动:变频电机,电机经精密动平衡,置于单独地基,柔软丝质传动带。(优点:可隔离电机振动;缺点:布置不方便) 电动机通过柔性联轴器驱动:电机、主轴在同一轴线上,变频电机,电机经精密动平衡,柔性联轴器联结。(优点:结构紧凑
6、,回转精度高;缺点:轴向尺寸增加,机床尺寸增加) 内装式同轴电动机驱动:电机轴即机床主轴,无刷式直流电动机。第十页,共44页。主轴是电机的转子,定子装入主轴套筒内,取消了传统的电机经齿轮和皮带传动主轴的结构,减少了振动,增加了可靠性,可获得高转速和高的加(减)角速度,转速达到042000r/min,甚至更高。结构简化,造价下降,精度和可靠性提高。噪声、振动源消除,主轴自身热源消除。回转精度高,摩擦振动小,主轴箱成为紧凑、独立、方便移动的部件,第十一页,共44页。第十二页,共44页。陶瓷轴承、静压轴承、动压轴承、空气轴承以及气油润滑、喷射润滑等技术第十三页,共44页。热升温引起主轴热变形的解决办
7、法:采用电子传感器控制温度,使用水冷或油冷循环系统,使主轴在高速下成为“恒温”;而用油雾润滑、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。 举例:STEPTEC的电主轴采用了矢量式闭环控制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷轴承,可以随室温调整的温度控制系统,确保主轴在全部工作时间内温度衡定。第十四页,共44页。液体静压主轴空气静压轴承主轴第十五页,共44页。静压轴系:轴承间隙内介质压强由外部供给,忽略主轴旋转时的动压效应,承载能力不受主轴转速的影响,此外,主轴浮起后是纯液体或气体摩擦,主轴旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多。适合于调速范围和载荷变化大得精密设备原理优
8、点:回转精度高、刚性大、转动稳、无振动,保护金属第十六页,共44页。缺点: 油温易升高, 不同转速温升不同,控制困难; 易将空气带入油源,使油中产生悬浮微小气泡,降低刚性和动态特性。解决途径:提高压力油油压,减小油中气泡的影响;设置恒温油箱控制静压轴承用油;轴承用恒温水冷却第十七页,共44页。优点:回转精度更高、温升很小;可用于高速;气体无需回收、密封以及不污染环境。缺点:承载能力和刚性比液体静压轴承低;气体支撑容易引起气锤现象而导致失稳;制造精度要求极高;不能保护金属,带水分气体会腐蚀金属。第十八页,共44页。典型结构:圆柱径向轴承和端面止推空气静压轴承;双半球空气轴承主轴;前部球形后部圆柱
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