超高速加工技术

一、高速加工的概念与特征
高速加工是一个相对的概念，由于不同的加工方式、不同工件材料有不同的高速加工充围，很难就高速加工的速度给出一个确切的定义。概括地说，高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并伤证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。
高速加工优越特征：
(1)切削力低
(2)热变形小
(3)材料切除率高
(4)高精度
(5)减少工序
二、高速加工理论与发展
高速切削的核心是高的切削速度，由于刀具材料、工件材料和加工工艺的多样性，对高速切削不可能用一个确定的速度指标来定义。
在超高速加工技术中，超硬材料工具是实现超高速加工的前提和先决条件，超高速切削磨削技术是现代超高速加工的工艺方法，而高速数控机床和加工中心则是实现超高速加工的关键设备。
三、高速加工技术的发展与应用
高速切削加工技术的发展经历了高速切削的理论探索、应用探索、初步应用、较成熟的应用四个发展阶段。各工业国家相继投入大量的人力和财力进行高速加工及其相关技术方面的研究开发，在大功率高速主轴单元、高加减速进给系统、超硬耐磨长寿命刀具材料、切屑处理和冷却系统、安全装置以及高性能CNG控制系统和测试技术等方面均取得了重大的突破，为高速切削加工技术的推广和应用提供了基本条件。
目前的高速切削机床均采用了高速的电主轴部件；进给系统多采用大导程多线滚珠丝杠或直线电动机，直线电动机最大加速度可达2-10g；CNG控制系统则采用32或64位多CPU系统，以满足高速切削加工对系统快速数据处理功能；采用强力高压的冷却系统，以解决极热切屑冷却问题；采用温控循环水来冷却主轴电动机、主轴轴承和直线电动机，有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件；采用更完备的安全保障措施来保证机床操作者以及在周围现场人员的安全。
在高速加工的工艺参数选择方面，国际上还没有面向生产的实用数据库可供参考，但在工件材料切削参数的研究方面取得了进展，使一些难加工材料，如镰基合金。钛合金和纤维增强塑料等在高速条件下变得易于切削。
对在高速切削机理的研究。?包括高速切削过程中的切屑成形机现。切削力、切削热变化规律，及其对加工精度、表面质量、加工效率的影响。目前对铝合金的研究已取得了较为成熟的结论，并用于铝合金的高速切削生产实践；但对于黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理尚处探索阶段。
航空工业是高速加工的主要应用行业，飞机制造通常需切削加工长铝合金零件、薄层腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用铆接工艺，从而降低飞机重量。飞机中有多数零件是从原材料中切除80％-90％的多余材料而制成的，即所谓、“整体制造法”。采用高速加工这些构件，可使加工效率提高7―10倍，其尺寸精度和表面质量都达到无需再光整加工的水平。
在汽车制造行业，为了满足市场个性化的需求而由大批量生产逐步转向为多品种变批量生产，由柔性生产线代替了组合机床刚性生产线，高速的加工中心将柔性生产线的效率提高到组合机床生产线的水平。
模具制造是高速加工技术的主要收益者。当采用高转速、高进给、低切削深度的加工方法时，对淬硬钢模具型腔加工可获得较佳的表面质量，可省去后续的电加工和手工研磨等工序。高速加工技术在模具行业的应用，无论是在减少加工准备时间，缩短工艺流程，还是缩短切削加工时间方面都具有极大的优势。
四、高速切削加工的关键技术
1．高速主轴
高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。为适应这种切削加工，高速主轴应具有先进的主轴结构，优良的主轴轴承，良好的润滑和散热等新技术。
当前，高速主轴在结构上几乎全都采用交流伺服电动机内置式集成化结构―电主轴。主轴结构具有精度高、振动小、噪声低、结构紧凑的特点。
高速主轴采用的轴承有滚动轴承、气浮轴承、液体静压轴承和磁浮轴承几种形式。
2．快速进给系统
实现高速切削加工不仅要求有很高的主轴转速和功率，同时要求机床工给速度和运动加速度。直线电动机的进给速度可达到160m／min，加速度可达10g，甚至更高。直线电动机消除了机械传动系统的间隙和弹性变形。
3．高性能的CNC控制系统
用于高速加工的CNC控制系统必须具有很高的运算速度和运算精度，伺服控制，以满足高速及复杂型腔的加工要求。
4．先进的机床结构
为了适应粗精加工、轻重切削负荷和快速移动的要求，同时保证高精度结构，采用主动在线监控系统对刀具和主轴的运转状况进行在线识别与控制，确保人身与设备的安全。
高速切削通常使用的刀具材料有：
1)硬质合金涂层刀具
2)陶瓷刀具
3)聚晶金刚石刀具
4)立方氮花硼刀具
四、高速磨削加工
磨削速度在loom／s以上即被称为高速磨削。
高速磨削的特点是尽可能地提高切削速度。在材料切除率不变的条件下，提高切削速度可以降低单一磨粒的切削厚度，从而减小磨削力，降低工件表面的粗糙度，且在加工刚性较低的工件时，易于保证加工精度。假如高速磨削时仍维持原有的切削力，则可提高进给速度，降低加工时间，提高生产效率。
高速磨削涉及到如下几方面的关键技术。
1．高速主轴
2．高速磨床结构
3．高速磨削砂轮
4．冷却润滑液

相关内容推荐：

• 2016-10-31超高速加工技术