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1、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（Super High-speed Cutting）: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510倍
2、。以主轴转速界定：高速加工的主轴转速10000 r/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1501000m/min纤维增强塑料为20009000m/min各种切削工艺的切速范围为：车削7007000m/min，铣削3006000m/min，钻削 2001100m/min磨削250m/s,1.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
3、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（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4 热传导对比图,热变形小 温升不超过3C，90%切削热被切屑带走；,超高速加工技术的发展趋势,图 HSM
4、600U型数控五轴高速加工中心生产厂家：瑞士Mikron 主轴转速：最高42000 rpm 主轴功率：13 KW 进给速度：最高40 m/min 定位精度：0.008 mm 重复定位精度：0.005mm,HSM400,加工极高表面光洁度的硬钢HRC62、铝、铜、塑料工件,HSM800,HSM600,瑞士 GF阿奇夏米尔MIKRON HSM 400U LP 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
5、“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
6、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,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
7、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Sohun k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工技术，不仅涉及到高速加工工艺，而且还包括高速加工机 床、数控系统、高速切削刀具及CADCAM技术等。超高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用，而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高，大力发展和推广应用模具高速加工技术，对促进我国模具制造业整体技术水平的提高具有重要意义。,结束语,
