先进制造技术3211课件.ppt

先 进 制 造 技 术 德国切削物理学家Salomo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。如下图所示， 在常规切削速度范围内（图中A区）切削温度随着 切削速度的增大而提高，当切削速度达到临界 切削速度后，随着切削速度的增大切削温度反而下 降。Salomn的切削理论给人们一个重要的启示：如 果切削速度能超越切削“死谷”（图中B区）在超高 速区内（图3－30中C区）进行切削，则有可能用现 有的刀具进行高速切削，从而可大大地减少切削工时，成倍地提高机床的的生产 率。 超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、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；超 耐热镍合金达 500m／ min；钛合金达 150～1000m／ min；纤维增强塑料为 2000～9000m／ 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(相当于9000m/min）以上。 3．7．1．2 超高速加工技术的发展现状 近30年来，世界工业发达国家不断努力地把高速和超高速加工技术应用于生产，取得了巨大的经济效益和社会效益。 在超高速切削技术发展方面，1976年美国的Vought公司首次推出一台有级超高速铣床，采用了Bryant内装式电机主轴系统，最高转速达到了20000rpm，功率为15kw。 美国宇航局和飞机制造业支持了从1977年开始的为期4年的研究项目，以研究用于加工轻型合金材料的超高速铣削技术。 此后，法国、联邦德国的主要机床制造厂家纷纷推出了超高速机床和机床主要部件，初步形成了专业化生产规模。瑞土、英国、日本也相继推出了自己的超高速机床。 超高速加工机床涌现及超高速切削技术的发展，带动了其相关技术及关键部件如主轴部件、送给系统、驱动控制装置、辅助附件以及切削磨削工具等专业化生产，从而带动一大批相关企业的发展。 如在第12届欧洲国际机床展览会（EMO’ 97）上，展出高速超高速电主轴功能部件有36家厂商，滚珠丝杠副有23家厂商，直线导轨副有33家厂商。 3．7.1．3 超高速加工技术应用及其发展趋势 随着超高速切削机理、大功率超高速主轴单元、高加减速直线进给电机、超硬耐磨长寿命刀具材料及结构、切削处理和冷却系统、安全装置以及高性能CNC控制系统和测试技术等一系列技术领域中关键技术的解决，已为超高速切削技术推广和应用提供了基本条件。 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。在国外许多著名公司的加工中心上，如美国 Cincinnati、Ingersoll、日本牧野、意大利的Rambaudi等公司。 标准主轴转速配置可达到8000～ 10000rpm，可选的20000rpm以下的主轴单元已处于商品化阶段。 采用滚珠丝杠的进给系统，快速进给速度可以达到 40～60m／ min，加速度达到 1g（g为重力加速度），工作进给可达到30m／ min以上，定位精度达到20～25 ?m 。 采用直线电机的进给驱动系统，快速进给可以达到160m／min，进给加速度达到25g以上，定位精度高达0．5～0.05 ?m甚至更高。这些加工中心的刀具到刀具的换刀时间最快小于 1s切削到切削的换刀时间小于2.4s，托盘交换时间小于10s。 超高速切削目前主要用于以下几个领域： （1）大批生产领域如汽车工业，如美国福特（Ford）汽车公司与 Ingersoll公司合作研制的HVM800卧式加工中心及援汽缸用的单轴镜缸机床已实际用于福特公司的生产线。 （2）工件本身刚度不足的加工领域，如航空航天工业产品或其他某些产品，如Ingersoll公司采用超高速切削工艺所铣削的工件最薄壁厚度仅为lmm。 (3）加工复杂曲面领域，如模具工具制造。 （4）难加工材料领域，如 Ingersoll公司的“高速模块”所用切削速度为：加工航空航天铝合金2438m／min，汽车铝合金1829m／min，铸铁1219m／min，这均比常规切速高出几倍到几十倍。 （5）超精密微细切削加工领域，日本的FANUC公司和电气通信大学合作研制了一种超精密铣床，其主轴转速达55000rpm，可用切削方法实现自由曲面的微细加工，据称，其生产率和相对精度均为目前光刻技术领域