【正文】 ? 超高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速、超高速切削的必不可少的設(shè)備。當(dāng)采用高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、低切削深度的加工方法時，對淬硬鋼模具型腔加工可獲得較佳的表面質(zhì)量，可省去后續(xù)的電加工和手工研磨等工序 超高速切削加工的特點(diǎn) ? 通常把切削速度比常規(guī)高 5～ 10倍以上的切削叫做 超高速切削 ? 超高速切削加工的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)： – 加工效率高 。先進(jìn)制造工藝技術(shù) 機(jī)械制造工藝的基本概念 ? 機(jī)械制造工藝 是將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成為成品或半成品的方法和過程 ? 機(jī)械制造工藝流程 是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、機(jī)械加工、材料改性與處理、裝配與包裝、質(zhì)量檢測與控制等多個工藝環(huán)節(jié)組成 機(jī)械制造工藝的基本概念 ? 按其功能的不同，可將機(jī)械制造工藝分為如下三個階段： – 零件毛坯的成形準(zhǔn)備階段 ，包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等 – 機(jī)械切削加工階段 ，包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等 – 表面改性處理階段 ，包括熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 制造加工精度不斷提高 ? 18世紀(jì)，加工第一臺蒸汽機(jī)所用的汽缸鏜床，其加工精度為 1 mm ? 19世紀(jì)末，機(jī)械制造精度也僅為 ? 到了 20世紀(jì) 50年代末，實(shí)現(xiàn)了 181。m 級的加工精度 ? 在最近的一二十年時間內(nèi)，機(jī)械制造加工精度提高了 1～ 2個數(shù)量級，達(dá)到 lOnm的精度水平 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 切削加工速度迅速提高 ? 在 20世紀(jì)前，切削刀具是以碳素鋼作為刀具材料，由于其耐熱溫度低于 200℃ ，所允許的切削速度不超過 lOm／ min ? 20世紀(jì)初，出現(xiàn)了高速鋼，其耐熱溫度為 500～600℃ ，可允許的切削速度為 30～ 40m／ min ? 到了 20世紀(jì) 30年代，硬質(zhì)合金開始得到使用，刀具的耐熱溫度達(dá)到 800～ 1000℃ ，切削速度很快提高到每分鐘數(shù)百米 ? 隨后，相繼使用了陶瓷刀具、金剛石刀具和立方氮化硼刀具，其耐熱溫度均在 1000℃ 以上，切削速度可達(dá)每分鐘一千至數(shù)千米 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 新型工程材料的應(yīng)用推動了制造工藝的進(jìn)步和變革 ? 超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷、非晶與微晶合金、功能材料等新型材料的發(fā)展與應(yīng)用，對制造工藝提出了新的挑戰(zhàn) ? 近幾十年來發(fā)展了一系列特種加工工藝方法，如：電火花加工、電解加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工和激光加工等 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率 ? 由于微電子、計(jì)算機(jī)、自動檢測和控制技術(shù)與制造工藝裝備相結(jié)合，使工藝裝備實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)到系統(tǒng)、從剛性到柔性、從簡單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動化轉(zhuǎn)變，使工藝過程的檢測和控制方式和手段發(fā)生了質(zhì)的變化，可以使整個工藝過程和工藝參數(shù)得到實(shí)時的優(yōu)化，大大提高了加工制造的效率和質(zhì)量 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 零件毛坯成形在向少無余量發(fā)展 ? 零件毛坯成形是機(jī)械制造的第一道工序，有鑄造、鍛造、沖裁、焊接和軋制等常用工藝 ? 隨著人們對人類生存資源的節(jié)省和保護(hù)意識的提高，要求零件毛坯成形精度向少、無余量方向發(fā)展，使成形的毛坯接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可參與裝配 ? 出現(xiàn)了熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、冷溫?cái)D壓、精密焊接和精密切割等新工藝 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 ? 優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展 ? 表面工程技術(shù)是通過表面涂覆、表面改性、表面加工及表面的復(fù)合處理，來改變零件表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能要求的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù) ? 近幾十年來，出現(xiàn)了如電刷鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣象沉積、熱噴涂、化學(xué)熱處理、激光表面處理、離子注入等一系列先進(jìn)表面處理技術(shù) 先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn) ? 優(yōu)質(zhì) 以先進(jìn)制造工藝加工制造出的產(chǎn)品質(zhì)量高、性能好、尺寸精確、表面光潔、組織致密、無缺陷雜質(zhì)、使用性能好、使用壽命和可靠性高 ? 高效 與傳統(tǒng)制造工藝相比，先進(jìn)制造工藝可極大地提高勞動生產(chǎn)率，大大降低了操作者的勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本 ? 低耗 先進(jìn)制造工藝可大大節(jié)省原材料消耗，降低能源的消耗，提高了對日益枯竭的自然資源的利用率 ? 潔凈 應(yīng)用先進(jìn)制造工藝可做到零排放或少排放，生產(chǎn)過程不污染環(huán)境，符合日益增長的環(huán)境保護(hù)要求 超高速加工技術(shù) 超高速加工技術(shù)的研究背景 ? 1931年 4月德國切削物理學(xué)家薩洛蒙 (Carl Salomon)曾根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)曲線，即人們常提及的著名的 “ 薩洛蒙曲線 ” ，提出了超高速切削的理論 Salomon提出的切削速度與切削溫度曲線 超高速切削概念示意圖 超高速加工技術(shù)的定義與特征 ? 超高速加工技術(shù) 是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的高精度、高自動化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度 來達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù) 不同加工工藝的切削速度范圍 各種材料的切削速度范圍 超高速加工技術(shù)的定義與特征 超高速加工技術(shù)的定義與特征 ? 超高速加工技術(shù) 經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是：在保證加工精度和加工質(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(fèi)用減少 50％，以此衡量高切削速度的合理性 超高速加工技術(shù)的定義與特征 ? 超高速加工技術(shù)主要包括 – 超高速切削與磨削機(jī)理研究 – 超高速主軸單元制造技術(shù) – 超高速進(jìn)給單元制造技術(shù) – 超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù) – 超高速加工在線自動檢測與控制技術(shù)等 超高速加工技術(shù)的定義與特征 ? 超高速加工技術(shù)的特征 – 切削力低 – 熱變形小 – 材料切除率高 – 高精度 – 減少工序 超高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 ? 超高速加工技術(shù)的發(fā)展 ? 自從德國 Salomon博士提出高速切削概念以來，高速切削加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了高速切削的理論探索、應(yīng)用探索、初步應(yīng)用、較成熟的應(yīng)用四個發(fā)展階段 ? 特別是 20世紀(jì) 80年代以來，各工業(yè)國家相繼投人大量的人力和財(cái)力進(jìn)行高速加工及其相關(guān)技術(shù)方面的研究開發(fā)，在大功率高速主軸單元、高加減速進(jìn)給系統(tǒng)、超硬耐磨長壽命刀具材料、切屑處理和冷卻系統(tǒng)、安全裝置以及高性能 CNC控制系統(tǒng)和測試技術(shù)等方面均取得了重大的突破，為高速切削加工技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了基本條件 超高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 ? 超高速加工技術(shù)的應(yīng)用 ? 高速切削加工目前主要用于 汽車工業(yè) 大批生產(chǎn)、難加工材料、超精密微細(xì)切削、復(fù)雜曲面加工等不同的領(lǐng)域 ? 航空工業(yè) 是高速加工的主要應(yīng)用行業(yè)，飛機(jī)制造通常需切削加工長鋁合金零件、薄層腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用鉚接工藝，從而降低飛機(jī)重量 ? 模具制造 是高速加工技術(shù)的主要收益者。 高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高 5～ 10倍 – 切削力小 。超高速機(jī)床有以下五項(xiàng)基本要求： ? 超高速的主軸部件 ? 快速響應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng) ? 快速的進(jìn)給部件 ? 動 、 靜 、 熱剛度好的機(jī)床支承部件 ? 高壓大流量噴射的冷卻系統(tǒng)和安全裝置 超高速切削的關(guān)鍵技術(shù) ? 超高速的主軸部件 ? 在超高速數(shù)控機(jī)床中 ， 幾乎無一例外地采用了 主軸電機(jī)與 機(jī)床主軸 合二為一的結(jié)構(gòu)形式 。 涂層刀具通過在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜 ， 以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能 ? 金屬陶瓷刀具材料 。 陶瓷刀具材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩大類 ? PCD刀具材料 。 CBN刀具具有極高的硬度及紅硬性 ， 可承受高切削速度 ， 適用于超高速加工鋼鐵類工件 超高速磨削的機(jī)理 ? 超高速切削機(jī)床 ? 磨削加工按砂輪線速度 Vs的高低可分為普通磨削 (Vs＝ 30～ 40 m/s) 和高速磨削 (Vs≥45 m/s) 兩類 ? 為了與 20 世紀(jì) 80 年代以前速度不超過 80～120 m/s 的一般高速磨削相區(qū)別 , 通常將速度為普通磨削速度 5 倍以上 (即 Vs≥150 m/s) 的高速磨削稱為 超高速磨削 （ SuperHigh Speed Grinding 或 UltraHigh Speed Grinding） 超高速磨削的特點(diǎn) ? 大幅度提高磨削效率 ? 磨削力小 ? 降低加工工件表面粗糙度 ? 砂輪壽命延長 ? 改善加