超高速加工技术ppt课件.ppt
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1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第第3 3讲讲 高速加工技术高速加工技术 本节要点本节要点高速加工的概念与特征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速度范围高速加工的切削理论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优点和应用高速切削加工的关键技术高速切削加工的关键技术高速磨削加工高速磨削加工1篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 超高速加工是一个相对的概念,由于不同超高速加工是一个相对的概念,由于不同的加工方式、不
2、同工件材料有不同的高速加工的加工方式、不同工件材料有不同的高速加工范围,因而很难就超高速加工的切削速度给出范围,因而很难就超高速加工的切削速度给出一个确切的定义。一个确切的定义。概括地说概括地说,超高速加工技术,超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具,能可靠地实是指采用超硬材料的刀具与磨具,能可靠地实现高速运动,极大地提高材料切除率,现高速运动,极大地提高材料切除率,并保证并保证加工精度和加工质量的现代加工精度和加工质量的现代制造加工技术,其制造加工技术,其切削速度通常比常规高切削速度通常比常规高1010倍左右。倍左右。2篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮
3、球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统高速加工技术: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。加工质量的现代制造加工技术。超高速加工包括超高速加工包括超高速切削超高速切削和和超高速磨削超高速磨削。超高速切削超高速切削(Super High-speed Cutting):采用比常规速度采用比常规速度采用比常规速度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。高得多的切削速度进
4、行加工的一种高效新工艺方法。高得多的切削速度进行加工的一种高效新工艺方法。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:以切削速度和进给速度界定:以切削速度和进给速度界定:以切削速度和进给速度界定:高速加工的高速加工的高速加工的高速加工的切削速度和进给速度切削速度和进给速度切削速度和进给速度切削速度和进给速度为普通切削的为普通切削的为普通切削的为普通切削的5 51010倍。倍。倍。倍。以主轴转速界定:高速加工的以主轴转速界定:高速加工的以主轴转速界定:高速加工的以主轴转速界定:高速加工的主轴转速主轴转速主轴转速主轴转速 10000 r/min10000 r/min。高
5、速加工的概念与特征高速加工的概念与特征3篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 高速加工切削速度范围因不同的高速加工切削速度范围因不同的高速加工切削速度范围因不同的高速加工切削速度范围因不同的工件材料工件材料工件材料工件材料而异而异而异而异 车削(Turing):700-7000 m/min 铣削(Milling):300-6000 m/min 钻削(Drilling):200-1100 m/min 磨削(Grinding):50-300 m/s 镗削(Boring):35-75m/min 高速加工切削速度范围随高速加工切削
6、速度范围随高速加工切削速度范围随高速加工切削速度范围随加工方法加工方法加工方法加工方法不同也有所不同不同也有所不同不同也有所不同不同也有所不同 1.高速加工切削速度的范围高速加工切削速度的范围铝合金(Aluminum Alloy):1000-7000 m/min铜(Cu):900-5000 m/min钢(Steel):500-2000 m/min灰铸铁(Gray cast iron):800-3000 m/min钛(Ti):100-1000m/min4篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统德国切削物理学家德国切削物理学家Ca
7、rl SalmonCarl Salmon 博士博士19291929年进行了超高速年进行了超高速模拟实验。模拟实验。2.切削理论的提出切削理论的提出切削适应区 图1 Salomon切削温度与切削速度曲线软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区0 600 1200 1800 2400 3000青铜铸铁钢硬质合金980高速钢650碳素工具钢450Stelite合金8501600 1200800400切 削 温 度/切削适应区非铁金属5篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统图图2 切削速度变化和切削温度的关系切削速度变化和切削温度
8、的关系 在在在在1931 1931 年年年年4 4 月,根据实验曲线,提出著名的月,根据实验曲线,提出著名的月,根据实验曲线,提出著名的月,根据实验曲线,提出著名的“萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线萨洛蒙曲线”和高速切削理论。即:和高速切削理论。即:和高速切削理论。即:和高速切削理论。即:一定的工件材料对应有一个临界切削一定的工件材料对应有一个临界切削速度,在该切削速度下其切削温度最高。速度,在该切削速度下其切削温度最高。6篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统结论:结论:在常规切削速度范围内,切削温度随着切削在常规切削速度范
9、围内,切削温度随着切削速度的增大而提高。速度的增大而提高。在切削速度达到临界切削速度后,随着切削在切削速度达到临界切削速度后,随着切削速度的增大切削温度反而下降。速度的增大切削温度反而下降。启示:启示:如果切削速度能超越切削如果切削速度能超越切削“死谷死谷”,在在超高速区内进行切削,则有可能用现有的刀超高速区内进行切削,则有可能用现有的刀具进行高速切削,从而可大大减少切削工时,具进行高速切削,从而可大大减少切削工时,成倍地提高机床的生产率。成倍地提高机床的生产率。7篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统切削力低切削力低 切削
10、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;3.3.高速加工的特点高速加工的特点材料切除率高材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍;图 3 加工零件8篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统高精度高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率,加工平稳、振动小;减少工序减少工序 工件加工可在一道工序中完成,称为“一次过”技术(One pass machining)。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 图图4 热传导对比图热传导对比图热变形小热变形小 温升不超过3C
11、,90%切削热被切屑带走;9篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 应应当当指指出出的的是是,超超高高速速加加工工的的切切削削速速度度不不仅仅是是一一个个技技术术指指标标,而而且且是是一一个个经经济济指指标标。也也就就是是说说,它它不不仅仅仅仅是是一一个个技技术术上上可可实实现现的的切切削削速速度度,而而且且必必须须是是一一个个可可由由此此获获得得较较大大经经济济效效益益的的高高切切削削速速度度。没有经济效益的高切削速度是没有工程意义的。没有经济效益的高切削速度是没有工程意义的。目目前前定定位位的的经经济济效效益益指指标标是
12、是:在在保保证证加加工工精精度度和和加加工工质质量量的的前前提提下下,将将通通常常切切削削速速度度加加工工的的加加工工时时间间减减少少9090,同同时时将将加加工工费费用用减减少少5050,以以此此来来衡量高切削速度的合理性。衡量高切削速度的合理性。10篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统二、超高速加工技术的现状及发展趋势二、超高速加工技术的现状及发展趋势 自自2020世纪世纪3030年代德国萨洛蒙博士首次提出高速切年代德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念以来,经过削概念以来,经过5050年代的机理与可行性研究,年代的机理与
13、可行性研究,7070年年代的工艺技术研究,代的工艺技术研究,8080年代全面系统的高速切削技术年代全面系统的高速切削技术研究,到研究,到2020世纪世纪9090年代后期,商品化高速切削机床大年代后期,商品化高速切削机床大量涌现;量涌现;2121世纪初,高速加工技术在工业发达国家得世纪初,高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。工业发达到普遍应用,正成为切削加工的主流技术。工业发达国家对超高速加工的研究起步早,水平高。在此项技国家对超高速加工的研究起步早,水平高。在此项技术中,处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、术中,处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大
14、利等。意大利等。11篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统在超高速加工技术中,超硬材料工具是实现在超高速加工技术中,超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件。超高速切削超高速加工的前提和先决条件。超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法,而磨削技术是现代超高速加工的工艺方法,而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。工的关键设备。12篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统目前,刀具材料已从碳素钢和合
15、金工具钢,经高速钢、硬质目前,刀具材料已从碳素钢和合金工具钢,经高速钢、硬质合金钢、陶瓷材料,发展到人造金刚石及聚晶金刚石合金钢、陶瓷材料,发展到人造金刚石及聚晶金刚石(PCD)(PCD)、立方氮化硼立方氮化硼(CBN)(CBN)及聚晶立方氮化硼及聚晶立方氮化硼(PCBN)(PCBN)。切削速度亦随。切削速度亦随着刀具材料的创新而从以前的着刀具材料的创新而从以前的12m/min12m/min提高到提高到1200m/min1200m/min以上。以上。砂轮材料过去主要采用刚玉系、碳化硅系材料,美国砂轮材料过去主要采用刚玉系、碳化硅系材料,美国GEGE公司公司于于2020世纪世纪5050年代首先在
16、金刚石人工合成方面取得成功,年代首先在金刚石人工合成方面取得成功,6060年年代又首先研制成功代又首先研制成功CBNCBN。2020世纪世纪9090年代陶瓷或树脂结合剂年代陶瓷或树脂结合剂CBNCBN砂轮、金刚石砂轮线速砂轮、金刚石砂轮线速度可达度可达125 m/s125 m/s,有的可达,有的可达150 m/s150 m/s,而单层电镀,而单层电镀CBNCBN砂轮可砂轮可达达250 m/s250 m/s。因此有人认为,随着新刀具。因此有人认为,随着新刀具(磨具磨具)材料的不断材料的不断发展,每隔十年切削速度要提高一倍,亚音速乃至超声速加发展,每隔十年切削速度要提高一倍,亚音速乃至超声速加工的
17、出现不会太遥远了。工的出现不会太遥远了。13篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统在超高速切削技术方面,近年来,高速、超高速在超高速切削技术方面,近年来,高速、超高速加工的实际应用和实验研究取得了显著成果。加工的实际应用和实验研究取得了显著成果。世界许多著名公司的加工中心,如美国的世界许多著名公司的加工中心,如美国的CincinnatiCincinnati和和IngersollIngersoll、日本牧野、意大利的、日本牧野、意大利的RambaudiRambaudi等公司,其标准主轴转速配置可达等公司,其标准主轴转速配置可达
18、8000800010000 r/min10000 r/min,可选的,可选的20000 r/min20000 r/min以下的主轴单元以下的主轴单元已处于商品化阶段。已处于商品化阶段。日本日立精机的日本日立精机的HG400IIIHG400III型加工中心主轴最高转速型加工中心主轴最高转速达达360003600040000 r/min40000 r/min,工作台快速移动速度为,工作台快速移动速度为363640 m/min40 m/min。14篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统高速磨削在高速磨削在2020世纪世纪6060年
19、代初,砂轮磨削速度曾一度年代初,砂轮磨削速度曾一度达到达到90m/s90m/s,但更多的还是在,但更多的还是在454560 m/s60 m/s之间。德之间。德国居林公司国居林公司19831983年制造出了当时世界上第一台最具年制造出了当时世界上第一台最具威力的高效深切快进给磨床,即威力的高效深切快进给磨床,即HEDGHEDG磨床,其主轴磨床,其主轴功率为功率为60kW60kW,砂轮直径为,砂轮直径为400mm400mm,砂轮转速为,砂轮转速为10000 10000 r/minr/min,vsvs达到达到100100180 m/s180 m/s。BremenBremen大学在高效深磨的研究方面取
20、得了世界公认大学在高效深磨的研究方面取得了世界公认的高水平成果,并积极在铝合金、钛合金、铬镍合的高水平成果,并积极在铝合金、钛合金、铬镍合金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。金等难加工材料方面进行高效深磨的研究。15篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统 近年来,我国在高速、超高速加工的各关键领近年来,我国在高速、超高速加工的各关键领域域(如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、如大功率高速主轴单元、高加减速直线进给电机、陶瓷滚动轴承等方面陶瓷滚动轴承等方面)也进行了较多的研究并有相应也进行了较多的研究并有相应的研究成
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