超高速加工技术PPT
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超高速加工技术ppt课件
。随着数控机床、加工中心和柔性制造系统的应 用，使机械加工的辅助工时大大缩短。在这种情 况下，辅助工时在生产过程中占的比重已经较小 ，所以不能通过一味的减小辅助工时来提高生产 率。而切削工时占了总工时的主要部分，成为主 要矛盾，只有大幅减少切削工时，提高切削速度 和进给速度等，才能大幅提高生产率。
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
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 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
概述 • 超高速加工技术的历史背景
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
• 航空航天工业轻合金的加工：飞机上的零件通常 采用“整体制造法”，其金属切除量相当大〔一 般在70％以上），采用高速切削可以大大缩短切 削时间。
超高速加工技术的应用
• 美国波音公司的F15战斗机两个方向舵之间的气动减速板 以前需要500多个零件装配而成，制造一个需要交货期为3 个月；而现在应用高速切削技术直接在实体铝合金毛坯上 铣削加工出来交货期只需要几天时间。
超高速加工技术的应用
高速切削的应用领域
✓难加工材料的加工〔如：Ni基高温合金和Ti合金） ✓ 纤维增强复合材料加工 ✓ 精密零件加工 ✓ 薄壁易变形零件的加工
3.2 超高速加工技术
• 概述 • 超高速加工技术的机理及特征 • 超高速加工技术的应用 • 超高速加工技术的相关技术
超高速加工技术的相关技术
概述
• 超高速加工技术的内涵和范围 • 超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能
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 高切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工 技术。
概述
内涵
高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高
的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削速度的
超高速加工技术的发展现状和趋势
• 超高速加工技术的发展趋势 • 超高速加工技术的发展趋势应符合加工中心或
高速切削加工技术ppt课件.pptx
我国高速切削加工技术最早应用于轿车工业，二十世纪八十年 代后期，相继从德国、美国、法国、日本等国引进了多条具有先进 水平的轿车数控自动化生产线，如从德国引进的具有九十年代中期 水平的一汽大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其中 大量应用了高速切削加工技术。生产线所用刀具材料以超硬刀具为 主，依靠进口。
近年来，我国航天、航空、汽轮机、模具等制造行业引进了 大量加工中心和数控镗铣床，都不同程度地开始推广应用高速切 削加工技术，其中模具行业应用较多。
例如上海某模具厂，高速铣削高精度铝合金模具型腔，半精 铣采用主轴转速18000rpm，切削深度2mm，进给速度5m/min； 精铣采用20000rpm，切削深度0.2mm，进给速度8m/min，加工 周期为6h，质量完全满足客户要求。
➢ 高速切削已成为当今制造业中一项快速发展 的新技术，在工业发达国家，高速切削正成 为一种新的切削加工理念。
➢ 人们逐渐认识到高速切削是提高加工效率的 关键技术。
高速切削的特点
➢ 随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减 少，切削效率提高3～5倍。加工成本可降低20％-40％。
➢ 在高速切削加工范围，随切削速度提高，切削力可减少30%以上， 减少工件变形。对大型框架件、刚性差的薄壁件和薄壁槽形零件 的高精度高效加工，高速铣削是目前最有效的加工方法。
高速切削的加工工艺方法
目前高速切削工艺主要在车削和铣削，各类高速切削机床 的发展将使高速切削工艺范围进一步扩大，从粗加工到精加工 ，从车削、铣削到镗削、钻削、拉削、铰削、攻丝、磨削等。
随着市场竞争的进一步加剧，世界各国的制造业都将更加积 极地应用高速切削技术完成高效高精度生产。
高速切削加工在国内的研究与应用
超高速加工技术 2
粗加工
传统加工方法 精加工
高速切削 少量手工精修
手工精修
加工时间 100 % 图 采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）
精选课件
12
电极制造
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
a）传统模具加工的过程
1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修 b）高速模具加工的过程
超高速加工技术
超高速加工的基本概念 超高速加工的内涵
高速加工切削速度的范围
超高速加工的特点
超高速加工的应用
超高速加工的关键技术
高速磨削加工精选课件
1
超高速加工的基本概念
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 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。
精物理学家萨洛蒙（Carl Salomon）博士于1931年提出的著名切削理 论认为：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。
在常规切削速度范围内，切削温度温度 随着切削速度的增加而提高。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。
➢工艺系统振动小 在超高速加工中，由于机床主轴转
速很高，激励振动的频率远离机床固有振动频率，因此
可使工艺振动减小，提高加工质量。
精选课件
8
超高速加工的特点
➢ 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；
➢ 热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；
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
◎钛(Ti)：100-1000m/min
第三章 3.7 超高速加工技术
3.7.6超高速加工机床支承及辅助单元制造技术
超高速加工机床的支承及辅助单元制造技术是指 超高速加工机床的支承构件如床身、立柱、箱体、工 作台、底座、拖板、刀架等制造技术以及有关超高速 加工的辅助单元制造技术。 其涉及的关键技术主要有；新型材料及结构的支承 构件设计制造技术，快速刀具磨具自动交换和快速工 件装夹自动交换技术，切削磨削液及其供液过滤系统 的研究，超高速主轴和刀具磨具总成后的动平衡技术， 安全防护装置设计制造技术以及超高速加工中干切削 干磨削加工技术的研究等。
优越性： 1 加工时间大大缩短，提高了加工效率和设 备利用率，缩短了生产周期 2 超高速切削力降低30％以上，减少了工件 变形，提高了精度，通时延长了刀具寿命。 3 减少了热变形和内应力，提高精度。 4 加工更平稳
2.高速和超高速磨削技术的发展现状 在高速和超高速磨削技术方面，为了提高磨削效率， 人们开发了高速磨削、超高速磨削、深切缓进给磨削、 高效深切快进给磨削（HEDG）等许多高速高效磨削 技术，这些技术在近20年来得到长足的发展及应用。
超高速加工的切削速度范围因不同的加工材料、 不同切削方式而异，目前尚无确切的定义。一般认为， 超高速加工各种材料的切削速度范围为：铝合金已达 到2000~7500m/min;铸铁为900~5000m/min;钢 为600~3000m/min。各种制造加工工序的切削速度 范围为：车削为700~7000m/min;铣削为 300~6000m/min;钻削为200~1100m/min;磨削 为150m/s以上。 超高速加工技术从发展趋势来看，到21世纪初可 实现超高速加工的材料将覆盖大多数工程材料，可加 工各种表面形状的零件，可由毛坯一次加工成成品， 并实现精密甚至超精密加工。
【机械制造】超精密加工技术ppt模版课件
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工现状 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工的发展展望
18.03.2021
Page 18
超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
18.03.2021
Page 17
超精密加工技术
18.03.2021
Page 34
超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
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超精密加工范畴
• 在过去相当的一段时期，精密加工、特别是超精 密加工的应用范围很狭窄。近十几年来，随着科 学技术和人们生活水平的提高，精密和超精密加 工不仅进入了国民经济和人民生活的各个领域， 而且从单件小批生产方式走向大批量的产品生产 。
• 概述 • 超精密加工范畴 • 超精密加工的设备与环境 • 超精密加工技术的发展展望
18.03.2021
Page 3
概述
• 超精密加工技术是适应现代技术发展的一种机械 加工新工艺，综合应用了机械技术发展的新成果 及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进 的控制、测试手段等，使机械加工的精度得到进 一步提高，使加工的极限精度向纳米和亚纳米精 度发展。
18.03.2021
Page 16
概述
• 在英国国家纳米技术(NION)计划已开始实行，纳 米技术战略委员会(Nanotechno1ogy Strategy Committee)巳建立，正在实行合作的研究计划， 1990年6月英国正式出版《纳米技术》学术期刊。
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Page 17
超精密加工技术
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超精密加工技术的机床设备
• 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方 式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪 ，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给， 在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现 nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温 控制在20士0.0005˚，消除了加工中的热变形。该 车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度 达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非 球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装 置用零件以及大型天体望远镜。
高速加工技术93.pptx
静压轴承工作原理
第47页/共99页
静压轴承对轴颈圆度误差的均化作用
第48页/共99页
静压轴系特点
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，实现任何转速 下液／气体摩擦，具有设计所需的承载能力；适应性好， 寿命长
主轴浮起后是纯液／气体摩擦，起动摩擦阻力小，主轴 旋转后轴线偏移量比轴颈轴套的加工误差小得多
高速加工在汽车工业中的应用
1
2
3
4
钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔 高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床
高速加工中心
5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
1台1轴1工序（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔 型固定不变）
柔性（零件、孔数、孔径 、孔型可变）
汽车轮毂螺栓孔高第速24页加/共工99页实例（日产公司）
和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小， 剪切变形区窄，变形系数ξ减小，切削力降低 大概30%-90% • 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部 分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热 变形小，有效地提高了加工精度 • 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小， 受热影响小，破损的机率很小，磨损慢
后径向传感器 轴向传感器 磁浮第轴53承页/高共9速9页主轴
磁悬浮轴承电主轴
高频电动机
磁悬浮轴承
松刀用液压装置
HSK-E刀柄
磁悬浮轴承
水套冷却
瑞士IBGA公司的磁悬浮电主轴
第54页/共99页
磁浮轴承电主轴特点
➢主轴由两个径向和两个轴向磁浮轴承支承，磁 浮轴承定子与转子间空隙约0.1mm。
第8页/共99页
德国 ROEDERS,42000rpm,适 合如手机模具加工
相关主题
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1. 高速加工切削速度的范 围
➢ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异
◎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/min
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（2）汽车制造。
1
2
3
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钻孔 表面倒棱 内侧倒棱 铰孔
高速钻孔 表面和内侧倒棱
专用机床 5轴×4工序 = 20轴（3万件/月）
刚性（零件、孔数、孔径、孔型固 定不变）
高速加工中心 1台1轴1工序（3万件/月）
柔性（零件、孔数、孔径、 孔型可变）
图12 汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
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7
高速加工技术的发展与应用
图5 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
8
图6 HSM 系列高速五轴联动小型立式加工中心
9
图7 HSM800 图9 HSM400
件；
图 3 加工零 件
➢ 材料切除率高 单位时间内切除率可提高3-5倍；
6
➢ 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；
➢ 热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；
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
➢ 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）。
图8 HSM600
加工极高表面光洁度的硬钢 HRC62、铝、铜、塑料工件
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高速切削加工应用
（1）航空航天领域。 大型整体结构件、薄壁类零件和叶轮零件等。
图10 波音公司的F15战斗机的起动减速板
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图11 高速铣削典型工件
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
1硬化毛坯→ 2粗铣 → 3半精铣 → 4精铣 →5手工磨修
b）高速模具加工的过程
图14 两种模具加工过程比较
15
生产剃须刀的石墨电极
生产球形柄用的铜电极
图15 高速切削加工电火花加工用工具电极
16
（4）难加工材料领域。硬金属材料（HRC55～62）， 可代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1um。
超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。 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5～10
倍。 ➢以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min。2
➢ 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同
◎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
图20 结构图
3.高性能的CNC控制系统 22
1800
2400
3000
切削速度v/(m/min)
图1 Salomon切削温度与切削速度曲线
4
在1931 年4 月，根据实验曲线，提出著名的“萨洛蒙曲 线”和高速切削理论。
图2 切削速度变化和切削温度的关系
5
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
（5）超精密微细切削加工领域。
粗铣整体铝板； •精铣去口； •钻680个直径为3mm的小孔。
时间为32min。
图16 高速切削. 高速主轴 高速化指标：dm n值，至少达到1×106 电主轴：交流伺服电动机内置式集成化结构。转子套
装 在机床的主轴上，定子安装在主轴单元的壳体中，采用水冷 或油冷。精采度用高的、轴振承动有小：、滚噪动声轴低承、（结陶构瓷紧轴凑承。）、磁浮轴承、 气 体静压轴承、液体静压轴承。
（3）模具制造。
10 1
0.1 0.01 0.001
粗加工
传统加工方法 精加工
高速切削 少量手工精修
手工精修
加工时间
100 %
图13 采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）
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电极制造
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
a）传统模具加工的过程
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陶瓷轴承高速主轴结构
密封 陶瓷球 圈 轴承
电主 轴
陶瓷球 冷却水 轴承 出口
旋转变 压器
图17 陶瓷轴承高速主轴
冷却水 入口
19
磁浮轴承主轴结构
前径向轴 电主轴 前辅助轴 承
承
后径向轴 承
双面轴 向推力 轴承
后辅助轴 承
前径向传感 器
后径向传感 轴向传感
图18 磁浮轴承高速主轴 器
器
20
3
2. 切削理论的提出
德国切削物理学家Carl Salmon 博士1929年进行了超高速 模拟实验。
1600
切削温度 /℃
1200
青铜
铸铁
钢
硬质合金980℃ Stelite合金850℃
800
400
软铝
非铁金属
高速钢650℃
碳素工具钢 450℃
0 切削不 600
1200
切削适应区 适应区 切削适应区
控
放
制
大
器
器
电磁铁（定子） 传感器
转子
图19 磁悬浮轴承工作原理
21
2.快速进给系统 伺服电动机+大导程高速精密滚珠丝杠副； 直流直线电机、交流永磁同步直线电动机、交流感应异步直 线电动机的进给系统。
3 基座 4 磁性轨道 5 直线电机 6 直线导轨7 直线光栅 8 平台 9 接口电缆 10 防护罩
第4讲 高速加工技术
本节要点
高速加工的概念与特征 高速加工的切削速度范围 高速加工的切削理论 高速切削加工的优点和应用 高速切削加工的关键技术 高速磨削加工
1
高速加工的概念与特征
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。