超高速超精密加工技术

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
2.快速进给系统
具有大的加减速度以及高的定位精度。 普遍采用交流伺服电机代替直流伺服电机。
快速进给速度：VCN510C-加工中心进给速度：36m/min. VMC650立式加工中心进给速度：10m/min. CAK6136V/750快速进给速度：7.6m/min
工作进给速度：高规格的加工中心快速进给速度可达到 60m/min.
工作进给速度低于40m/min.
3.超高速加工用刀具、磨具
超高速加工用刀具、磨具主要指超高速铣削 用刀具和超高速磨削用砂轮。
技术要求：较强的硬度和耐磨性、较高的强 度和韧性、高的耐热性和抗冲击性。
刀具切削刃主要材料：聚晶金刚石（PCD）、 立方氮化硼（CBN）、氧化硅陶瓷材料。
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
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；
➢ 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；
波音公司的F15战斗机的起动减速板
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
（2）汽车制造。
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 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）
➢ 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）。
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。
超高速及超精密加工技术
工程训练中心 姓名：党长春 学号：2162224026
超高速加工技术
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。
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
两种模具加工过程比较
（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。
（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。
10-1 10-2 10-3 1900
超精密加工 1920 1940 1960 1980
精密磨床
电子比较仪
超精密磨床 激光测长仪 精密研磨机 圆度仪轮廓仪
超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
离子束加工 扫描电镜
分子对位加工 电子线分析
2000
年份
仪
精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）
各种焊接的PCBN刀具
精密与超精密加工技术
精密与超精密加工的定义 精密与超精密加工的地位 金刚石刀具镜面切削 精密与超精密磨削
精密与超精密加工定义
加工设备
测量仪器
加工误差（μm）
102
普通加工
车床,铣床
精密车床
卡尺 百分尺
101
磨床
比较仪
精密加工
坐标镗床
气动测微仪
100
坐标磨床
光学比较仪
金刚石车床 光学磁尺
精密与超精密加工的地位
精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志 例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路 最小线宽0.1μm，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm
精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键 例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命 中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工 误 差 从 60μm 降 至 12μm ， 发 电 机 压 缩 效 率 从 89% 提 高 到 94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩 可提高一倍
高速切削加工医用药盒
高速切削加工Байду номын сангаас关键技术
1. 高速主轴
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。精度高、振动小、噪声低、结构紧凑。
转速： CAK6136V/750主轴最高转速：3000m/min. VMC650立式加工中心主轴最高转速：8000r/min. VCN510C-数控立式加工中心转速：15000r/min.
金刚石刀具
立方氮化硼刀具
1957年美国通用电器(GE) 公司采用与金刚石制造方法相似的方法 ，合成于第二种超硬材料——立方氮化棚(CBN)。CBN有单晶体 和多晶体之分，即CBN 单晶和聚晶立方氮化棚( 简称PCBN)。 CBN与金刚石的硬度相近，又具有高于金刚石的热稳定性和对铁 族元素的高化学稳定性。
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）
汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）
（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 %
采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）
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
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。