先进制造工艺+高速超高速切削技术

5、高速切削刀具技术 高速切削刀具材料
陶瓷刀具：金属陶瓷、Al2O3、Si3N4、Sialon——加工高温合金 立方氮化硼：CBN, PCBN 金刚石：单晶(SPD)、聚晶(PCD)、薄膜(CVD)、厚膜(TFD) 涂层刀具： 基体---高速钢、硬质合金、陶瓷 涂层（硬）---TiCN、TiAlN、TiAlCN、CBN、Al2O3 涂层（软）---MoS2、WS2 ——加工高强铝合金、钛合金
第2章 先进制造工艺
第一节
概述
1.1先进制造工艺技术的定义
◆定义:先进制造工艺就是机械工厂普遍能够采用，具有直接 推广价值或广阔应用前景的一系列优质、高效、低耗、洁净、 灵活工艺的总称. ◆特点 先进性 实用性 前沿性
第一节
概述
1.2先进制造工艺技术的内容
高速加工技术 精密与超精密加工技术 特种加工技术 快速成型技术 快速模具技术 微细加工技术
第二节
高速加工
2.1 高速加工技术概述 2.2高速加工技术的优势和应用 2.3高速加工的关键技术 2.4高速磨削
2.1 高速加工技术概述
1、超高速加工的定义 超高速加工技术是指采用超硬刀具和磨 具，利用能可靠实现高速运动的高精度、高 自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速 度来达到提高材料去除率、加工精度和加工 质量的先进加工技术。
切削速度变化与切削温度之间的关系
Salomon切削温度与切削速度曲线
1600
切削温度/℃
1200
钢
青铜
铸铁
硬质合金980℃ Stelite合金850℃ 高速钢650℃
800
碳素工具钢 450℃
400 0 切削不
软铝
600 1200
非铁金属
1800 2400 3000
切削适应区 适应区
切削适应区
切削速度v/(m/min)
2.2 高速加工技术的优势和应用
弹道切削试验得出结论为：随切削速度提高，塑性材料的 切屑形态将从带状或片状向碎屑状演变，单位切削力初期呈上 升趋势，而后急剧下降，超高速条件下刀具磨损比普通速度下 减少95%，且几乎不受切削速度的影响，金属切除效率可提高 50~1000倍。 美国空军和海军的超高速铣削实验研究表明：铣削力减少 70%，成功实现了厚度为 0.33mm的薄壁件铣削，刀具磨损主 要取决于刀具材料的导热性。 日本超高速切削试验结果表明：超高速下切屑的形成完全 是剪切作用的结果，随着切削速度的提高，剪切角急剧增大， 工件材料的变质层厚度与普通速度下相比降低了 50%，加工表 面残余应力及塑性区深度可分别减少90~95%和85~90%。
2.2 高速加工技术的优势和应用
1、超高速切削的优越性 •切削力低 •热变形小
•材料去除率高
•加工精度高 •降低加工成本 •高速切削可以加工难加工的材料
2.2 高速加工技术的优势和应用
2、超高速切削的应用
航空航天：带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构 件加工，材料去除率达100-180cm3/min。
2.2 高速加工技术的优势和应用
2、超高速切削的应用
复合材料
陶瓷
几乎所有传统切削能加工的材料高速切削都能加工， 甚至传统切削很难加工的材料如镍基合金、钛合金和纤 维增强塑料等在高速切削条件下将变得易于切削。
2.3 高速加工的关键技术
★高速切削对机床的特殊要求 主轴转速高，输出功率大
进给速度高 主轴转速和进给速度的加速度高
冷却水入口
陶瓷轴承高速主轴结构
1、超高速主轴单元
超高速主轴优点
（1）电主轴系统取消了高精密齿轮等传动件，消除了 传动误差。 （2）减小了主轴的振动和噪声，提高了主轴的回转精 度。 （3）电主轴采用交流变频调速和矢量控制，具有输出 功率大、调速范围宽和功率-扭矩特性好的特点。 （4）电主轴机械结构简单，转动惯量小，快速响应性 好，能实现很高的速度和加速度和定角度的快速准停。
2.2 高速加工技术的优势和应用
2、超高速切削的应用
注塑ห้องสมุดไป่ตู้具
模具业：高速切削淬硬钢模具型腔，省去电加工和手工 研磨等工序。
2.2 高速加工技术的优势和应用
石墨电极
薄壁铜电极 模具业：电极加工
2.2 高速加工技术的优势和应用
2、超高速切削的应用
汽车工业：采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性 生产线，实现多品种、中小批量的高效生产。
2.1 高速加工技术概述
3、高速加工的切削速度范围
塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金 10 100 1000 切削速度V（m/min） 高速与超高速切削速度范围 10000 车削： 700-7000 m/min 铣削： 300-6000 m/min 钻削： 200-1100 m/min 磨削： 50-300 m/s
机床静、动态特性好
其它功能部件性能高
2.3 高速加工的关键技术
1、超高速主轴单元 2、高速进给系统 3、高性能CNC控制系统 4、机床结构设计 5、高速切削刀具技术
1、超高速主轴单元
德国生产转速18000 转矩120NM功率12kW
1、超高速主轴单元
密封圈 陶瓷球轴承 电主轴
陶瓷球轴承 冷却水出口 旋转变压器
2、高速进给系统
★普通NC机床的进给系统：滚珠丝杠副+旋转伺服电机 ★高速进给系统：高速滚珠丝杠螺母+旋转伺服电机 ★直线电机进给系统：直线电机作为进给伺服系统的执行元件
3、高性能CNC控制系统
快速响应伺服控制，32/64位，多CPU，具有加速 预插补、前馈控制、钟形加减速、精确矢量补偿和最佳 拐角减速控制等功能。
4、机床结构设计
大质量的人造大理石床身 极高的热稳定性保证了极好的零件加工精度 良好的吸振性能，是铸铁的6倍 可降低刀具的磨损，延长刀具寿命
5、高速切削刀具技术 高速切削刀具机构及其安全性。
5、高速切削刀具技术
高速切削刀具与机床的连接（夹持系统） ★高速刀具的夹头 ★高速切削刀具刀柄
2.1 高速加工技术概述
2、高速加工机理
1931年德国物理学家C. J. Salomom在“高速切削原 理”一文中给出了著名的“Salomom曲线”——对应于 一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度 最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下 降。
2.1 高速加工技术概述
2、高速加工机理