高速加工技術(shù)高速加工技術(shù)1高速加工技術(shù)高速加工技術(shù)21、切削用量

三要素切削速度進給量(或進給速度)f——mm/r、mm/行程、mm/s、mm/齒背吃刀量（切削深度）aP

§4.0切削理論回顧1、切削用量三要素切削速度§4.0切削理論回顧3切削速度vc切削速度vc是刀刃上選定點相對于工件的主運動的速度。當(dāng)主運動是回轉(zhuǎn)運動時d——完成主運動的刀具或工件上某一點的回轉(zhuǎn)直徑(mm)；n——主運動的轉(zhuǎn)速(r／min或r／s)。進給速度

進給量f每齒進給量進給速度是刀刃上選定點相對于工件的進給運動的速度，單位為mm／s；進給量f是工件或刀具的主運動每轉(zhuǎn)或每一行程時，工件和刀具在進給運動方向上的相對位移量。背吃刀量（切削深度）切削速度vc進給速度進給量f每齒進給量4主要內(nèi)容提綱1.研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢;2.優(yōu)越性及其原因;3.機床結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù);4.刀具材料與結(jié)構(gòu);5.高速磨削技術(shù).主要內(nèi)容提綱1.研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢;52、影響切削力的因素

影響切削力的因素主要有四個方面：工件材料、切削用量、刀具幾何參數(shù)其它方面的因素刀具磨損切削液刀具材料2、影響切削力的因素影響切削力的因素主要有四個方面：63、切削熱和切削溫度

影響工件加工精度、已加工表面的質(zhì)量、刀具的磨損和耐用度及生產(chǎn)率等。

1切削熱的產(chǎn)生和傳出

2影響切削溫度的主要因素

3切削溫度的理論計算

4切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響

3、切削熱和切削溫度影響工件加工精度、已加工表面的質(zhì)量、74、切削熱的產(chǎn)生和傳出切削中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量，即切削熱.來自工件材料的彈、塑性變形和前、后刀面的摩擦功.50％~86％

40％~10％

周圍介質(zhì)占1％

9％~3％

4、切削熱的產(chǎn)生和傳出切削中所消耗的能量幾乎全部轉(zhuǎn)換為熱量，8切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響對工件材料機械性能的影響

切削溫度對工件材料強度、硬度的影響不大。

對刀具磨損和刀具材料的影響是刀具磨損的主要原因，它將使刀具磨損加劇，刀具耐用度下降。但較高的切削溫度，對硬質(zhì)合金刀具材料的韌性有利。

對加工件尺寸精度的影響

工件本身和刀桿受熱膨脹會使工件尺寸精度達不到要求，還會影響已加工表面質(zhì)量。

切削溫度對工件、刀具和切削過程的影響對工件材料機械性能的影響95、影響切削溫度的主要因素

切削溫度一般是指前刀面與切屑接觸區(qū)域的平均溫度。

實驗公式

θ——實驗測出的刀屑接觸區(qū)的平均溫度(℃)，

Cθ——切削溫度系數(shù)；5、影響切削溫度的主要因素切削溫度一般是指前刀面與切屑接觸10切削用量切削速度Vc↑一倍→切削溫度↑30%～45%進給量f↑一倍→切削溫度↑15%～20%背吃刀量aP↑一倍→切削溫度↑5%～8%切削用量切削速度Vc↑一倍→切削溫度↑30%～45%11影響切削溫度的因素刀具磨損:磨損→F↑→切削溫度↑切削液可降低切削溫度。影響切削溫度的因素刀具磨損:磨損→F↑→切削溫度↑12§4.1基礎(chǔ)理論研究（一）問題描述：§4.1基礎(chǔ)理論研究（一）問題描述：高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件§4.2技術(shù)內(nèi)涵§4.2技術(shù)內(nèi)涵

目前關(guān)于高速加工的經(jīng)濟效益定位指標(biāo)是：在保證家伙精度和加工質(zhì)量的前提下，將通常切削速度加工的加工時間減少90%，同時將加工費用減少50%！目前關(guān)于高速加工的經(jīng)濟效益定位指標(biāo)是：在保證§4.3高速加工機床與設(shè)備超高速機床特點：高轉(zhuǎn)速，高進給，高效率，高定位精度。組成：高速主軸加工單元＋高速進給驅(qū)動＋高速控制系統(tǒng)＋高速切削刀具?！?.3高速加工機床與設(shè)備超高速機床特點：高轉(zhuǎn)速，高進給

超高速磨床

廣東工業(yè)大學(xué)的超高速機床

高速加工技術(shù)2021完整版課件高速主軸單元

高速主軸單元高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件

磁懸浮軸承

高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件

直線電機進給機構(gòu)

特點

高往復(fù)速度；

高加速度；（降低非切削時間）

高定位精度；

由內(nèi)裝在機床的磁性運動滑塊組成，實現(xiàn)零傳動。

直線電機進給機構(gòu)特點高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件§4.4高速加工刀具§4.4高速加工刀具高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件影響切削加工質(zhì)量的因素有那些?原因是什么?

高速加工技術(shù)具有的共性§4.5與傳統(tǒng)加工方法相比之優(yōu)勢影響切削加工質(zhì)量的因素有那些?原因是什么?

高速加工技術(shù)2021完整版課件長期以來，傳統(tǒng)的加工方式是“重藍切屑”加工方式，它的特點是切屑深度大，進給速度和旋轉(zhuǎn)速度較低，在低速范圍內(nèi)需較大的扭矩，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直流電機最大速度和扭矩關(guān)系，需要較大的齒輪傳動速比。這種加工方式不可避免地給工件和機床帶來較大的力負荷和熱負荷。HSC技術(shù)是“快、輕切削”方式，切削深度較小，但是切削速度卻可以提高5-10倍。這意味著在主軸軸承、刀具和工件上的切削力負荷較小，同時因為產(chǎn)生的熱量大部分被切屑帶走，工件和刀具上的熱負荷較小。試驗可以證明，隨著切削速度的提高，切削過程中產(chǎn)生的熱負荷減少，這樣可以延長刀具壽命，并能獲得較好的表面加工質(zhì)量(在加工表面沒有“微焊接效應(yīng)”)。長期以來，傳統(tǒng)的加工方式是“重藍切屑”加工方式，它的特點是傳統(tǒng)加工中工件材料、刀具材料及刀具的幾何角度、切削用量及零件的幾何結(jié)構(gòu)是影響切削效率和加工質(zhì)量的主要因素。考慮到切削力、切削變形和刀具磨損對加工的影響，在粗加工時采用大吃刀量和大進給量以提高加工效率，而在精加工時則采用小吃刀量和小進給量以保證表面加工精度，因而在加工大型薄壁零件、難加工材料及幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件時其加工工藝復(fù)雜，加工時間長。在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨切削速度的增大提高，刀具磨損隨切削溫度的提高而加劇，當(dāng)切削速度達到某臨界值時，切削溫度及切削力會減小。切削溫度的降低、切削力的大幅度下降及切削變形的減小，不僅使現(xiàn)有刀具進行超高速切削變?yōu)楝F(xiàn)實，還大幅度減少切削時間，成倍提高機床的生產(chǎn)率。和傳統(tǒng)加工相比，高速加工有其獨特優(yōu)勢:傳統(tǒng)加工中工件材料、刀具材料及刀具的幾何角度、切削用量加工時間大幅度縮短:產(chǎn)品加工中耗時最多的工序是精加工。對精加工，高速加工比一般加工快4倍以上，普通數(shù)控機床精加工時一般進給速度在3一6m/min，而高速機床一般在巧一60m/min，是常規(guī)的5一10倍;對粗加工，高速加工采取非常小的切深，但時間范圍內(nèi)的切削量還是比普通數(shù)控機床加工快幾倍。這意味著1臺用于高速加工的高速機床可代替幾臺普通CNC機床。(2)減少切削振動。切削加工中振動是影響加工精度因素之一，振動會惡化表面粗糙度，加速刀具磨損，縮短機床壽命。高速加工時切削力減小，而切削力是切削系統(tǒng)振動的主要激勵源，高轉(zhuǎn)速使切削系統(tǒng)的激振頻率遠離機床固有頻率，切削穩(wěn)定，振動小，加工表面質(zhì)量高。(3)切削溫度及切削力的減小，使高速切削可加工45-65HRC硬度高的工件材料及難加工材料，同時可采用干式切削，避免使用切削液，有利保護環(huán)境、降低成本。加工時間大幅度縮短:產(chǎn)品加工中耗時最多的工序是精加工。對精加(4)切削力的減少，尤其是徑向切削力大幅度降低，夾緊力相應(yīng)減小，從而零件的內(nèi)應(yīng)力及變形小;加工時切削溫度的降低也減小熱變形，所以特別有利于薄壁細筋件的加工。(5)高速加工切削力的減小，對刀具的剛性要求不高，故高速加工可采用小直徑刀具、小切深、小切寬和快速多次走刀來提高效率，而傳統(tǒng)的加工一般采用大直徑刀具、大切深、大切寬。(6)高速加工明顯縮短加工時間，可縮短交貨期。同樣的生產(chǎn)量，機床的配置數(shù)減少，則節(jié)約投資成本，同時還減少車間占地面積，減少工人數(shù)量。(4)切削力的減少，尤其是徑向切削力大幅度降低，夾緊力高速加工技術(shù)得以應(yīng)用的主要原因是這一技術(shù)自身具有很多優(yōu)點，高速加工的應(yīng)用場合主要包括：模具業(yè)制造，飛機制造工業(yè)，光學(xué)和精密儀器加工，汽車制造工業(yè)以及家用設(shè)施生產(chǎn)(見表)。盡管高速加工不是制造精密零件必需的加工方法，但它在精密加工領(lǐng)域取得了長足的進步，采用高速切削技術(shù)，表面加工質(zhì)量可達Ra=0.2μm和Rz=3μm。

§4.6典型應(yīng)用高速加工技術(shù)得以應(yīng)用的主要原因是這一技術(shù)自身具有很多優(yōu)點，高技術(shù)特點應(yīng)用范圍應(yīng)用實例高的金屬切除率和高的進給速度加工鋁、鎂等輕金屬合金、普通鋼材及鑄鐵材料飛機和航空制造業(yè)，汽車制造工業(yè)中的發(fā)動機加工、模具制造業(yè)獲得很好的已加工表面質(zhì)量，表面粗糙度值很小加工精密零件和特種精密表面要求的零件光學(xué)及儀器制造工業(yè)，精密機械加工工業(yè)，螺旋壓力機精密零件單位切削力小加工薄壁類和薄板類工件，加工剛性差的工件飛行器與航空工業(yè)中的薄壁零件，汽車工業(yè)與家用電器中的薄板類零件機床具有極高的強迫振蕩頻率加工復(fù)雜的且剛性差的零件光學(xué)和精密制造工業(yè)切削熱絕大部分由切屑帶走加工不耐熱工件，加工對熱和溫度十分敏感的零件精密機械工業(yè)，加工鎂及合金技術(shù)特點應(yīng)用范圍應(yīng)用實例高的金屬切除率和高的進給速度加工鋁、高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件高速加工技術(shù)2021完整版課件§4.7技術(shù)制約因素HSC技術(shù)的成功應(yīng)用依賴于各種不同的因素，這些因素彼此緊密相連。只有在影響加工過程的所有因素都達到最佳配合的狀態(tài)下，HSC技術(shù)才能成功。這些因素包括:刀具技術(shù)、程序設(shè)計、CNC和電機以及機床自身設(shè)計。3.1刀具技術(shù)（1）刀具材料；（2）刀具結(jié)構(gòu)；（3）機床、刀具(刀具座/刀把)、工件(工件夾具)等整個系統(tǒng)的剛性對于刀具的壽命和能夠達到的表面加工質(zhì)量有顯著影響；（4）刀具長度和加工的方向?qū)庸け砻娴馁|(zhì)量也有較大的影響?！?.7技術(shù)制約因素HSC技術(shù)的成功應(yīng)用依賴于各種不3.2程序設(shè)計程序設(shè)計分為模型建構(gòu)(CAD)和所需的制造工藝過程(CAM)—即刀具、加工策略等的制訂兩方面。HSC成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于CAD/CAM用的程序編制器要能夠自動調(diào)節(jié)機床刀具到最佳加工方式。3.3CNC和電機現(xiàn)代CNC控制器能提高速度、精度和表面加工質(zhì)量，它的特色主要有:①程序段處理時間降到0.5ms;②內(nèi)存達到1.5GB以上;③能進行螺旋線、NURBS拋物線、雙曲線)等插補;④前瞻功能可以達到100個程序段以上，尤其在5軸機床上，對于刀具長度和加工幾何尺寸有自動補償功能;⑤具備刀庫管理功能(TCPM);⑥振動限制和補償;⑦可以達到100MB的快速接口(以太網(wǎng))速度。對控制器模塊的要求是:程序段循環(huán)時間短、具有前瞻功能和減振裝置、優(yōu)良的進給控制系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)的接口和數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)。3.2程序設(shè)計3.3CNC和電機(1)程序段循環(huán)時間短。對于3D幾何圖素來說，為了達到最好的表面加工質(zhì)量，輪廓被細分成大量微小的增量，這樣勢必造成程序運行時間非常長，因此需要快速的程序模塊執(zhí)行功能。例如，如果一個程序段處理時間為4ms，切削一段長為0.5mm的直線外形輪廓，那么進給速度可達到7500mm/min。(2)前瞻功能。通常劃分的單元長度不同，產(chǎn)生的曲率半徑也不同，因此需要改變進給速度來適應(yīng)不同的曲率半徑。必須預(yù)測(前瞻)工件的幾何圖形，以便提前確認方向的更改，相應(yīng)地，NC主軸能夠減速或加速以便保持最小的輪廓誤差和最經(jīng)濟的加工時間。(3)減振裝置。在加速度改變的過程中，為了保證加工輪廓的精度，采用“平振裝置”能夠避免可能的振動，這是現(xiàn)代CNC的另一個特色。(4)進給控制系統(tǒng)。為了滿足HSC機床的動態(tài)要求，只能采用數(shù)字電機代替模擬電機。同老式的模擬電機相比，數(shù)字電機的主要優(yōu)勢是有較高的可控快速進給速率、較高的精度和轉(zhuǎn)速控制性、較大的補償和漂移范圍、較高安全性的M/C故障診斷、較高的Kv一因子和較易在機床上安裝。(1)程序段循環(huán)時間短。對于3D幾何圖素來說，為了達到3.4機床HSC要求機床床身能快速移動，所以不充分考慮機床本身的設(shè)計就不能把數(shù)控系統(tǒng)的高性能轉(zhuǎn)化成高質(zhì)量的切削性能和可靠的操作。首先是定位精度的問題。HSC要求CNC能快速處理大量的數(shù)據(jù)保證快速的進給和保證機床的加速、減速性能，但是所有這些不能以損失定位精度為代價。光是實現(xiàn)CNC對數(shù)據(jù)的快速處理是不夠的，機床必須攜帶巨大的負載做準(zhǔn)確的三維甚至五維移動，當(dāng)機床做插補運動時，三個甚至五個伺服電機同時驅(qū)動滾珠絲桿或齒輪齒條把回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，電機必須有足夠的動力克服機械運動阻力、切削力和工件的重量。(5)接口和數(shù)據(jù)處理網(wǎng)絡(luò)。對于處理3D幾何圖形的HSC機床的CNC控制器來說，因為數(shù)據(jù)量往往有幾兆字節(jié)，采用串聯(lián)接口(例如RS232)就要花費相當(dāng)多的時間。特別是在連續(xù)負載模式下過慢的傳輸速度對于主軸旋轉(zhuǎn)速度也會產(chǎn)生負面影響。由于這個原因，所有最新的控制器都必須能通過“以太”網(wǎng)直接輸送程序。3.4機床首先是定位精度的問題。HSC要求CNC能快9.春暖花會開!如果你曾經(jīng)歷過冬天，那么你就會有春色!如果你有著信念，那么春天一定會遙遠;如果你正在付出，那么總有一天你會擁有花開滿圓。4.智者一切求自己，愚者一切求他人。8.生活!你為什么總是這樣令人費解?令人難以想象?14、一個能從別人的觀念來看事情，能了解別人心靈活動的人，永遠不必為自己的前途擔(dān)心。10.人生，不是一成不變的，生活，不是固定不變的。得意時不要炫耀，失意時不要氣餒，給別人一點真誠，給自己一份信心。做人重要的是學(xué)會寬容，不要刻意地笑話別人，或許今天你是歡樂的，明天會是失落的，人生多變，包容不變