先进制造技术专题-高速切削技术-清华

先进制造技术专题讲座,不可多得

先进制造技术专题

高速切削技术清华大学精密仪器与机械学系 制造工程研究所 冯平法

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先进制造技术专题

高速切削技术

切削技术的新发展 高速切削的定义 高速切削的特征和应用领域 面向高速切削的切削刀具 面向高速切削的制造装备 面向高速切削的夹紧技术 高速切削的安全防护

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先进制造技术专题 切削技术的新发展目标 手段

高速切削技术

提高柔性 提高加工质量

柔性制造系统

提高切削速度切削加工 提高精度 扩大加工材料范围 提高生产率 降低加工成本 减少消耗

高速切削精密与超精密加工 硬材料切削 干切削与微切削

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先进制造技术专题 切削技术的新发展

高速切削技术

高速切削

边界条件 机床与装备 + 机床新概念 + 驱动系统 + 控制系统 + 夹紧系统 刀具 + 刀具材料 + 刀具涂层 + 标准化与多功能化刀具

干切削

硬切削

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先进制造技术专题 高速切削的定义

高速切削技术

高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用 较高的切削速度对工件进行切削。一般认为应是常规切削 速度的5~10倍。 高速切削的速度范围与加工方法和工件 材料密切相关。HSC HSM HSM HSD HST = = = = = High-Speed-Cutting High-Speed-Machining High-Speed-Milling High-Speed-Drilling High-Speed-Turning High-Speed-Turn-Milling

HSTM =

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先进制造技术专题 高速切削的定义高速范围与加工材料密切相关工件材料纤 维增 强 塑料 铝 合金青铜， 黄铜

高速切削技术

普通切削 过渡区 高速切削

铸铁 钢 钛 合金 镍 基合 金 10 100 1000 m/min 10000

切削速度 vc(铣削)

来源：PTW

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先进制造技术专题 高速切削的定义高速范围与加工方法密切相关 车削：700~7000 m/min; 铣削：300~6000 m/min; 钻削：200~1100 m/min; 磨削：150m/s以上。

高速切削技术

例如：在切削灰铸铁时，1000 m/min 以上才是高速车削 高速车削， 高速车削 而 400 m/min 就定义为高速钻削 高速钻削。 高速钻削

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先进制造技术专题 高速切削的定义

高速切削技术

20世纪20年代德国物理学家Carl.J.Salomon 提出高速加工的理论

Tcr切削 温度

Ta v1 vcr切削 速度

v2

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先进制造技术专题 高速切削的定义2000 m/min 800 600 400 200 100 80 60 40 20 10 8 1875

高速切削技术

聚 晶金 刚 石PC D

Si3N4

20世纪80年切 削速 度 v

代以来，新 型刀具材料 的发展为高 速切削的实 际应用创造 了条件。

立 方聚 晶 氮化 錋CB N 氧 化陶 瓷 金 属陶 瓷 硬 质合 金 涂 层硬 质 合金

c

铸 造 硬质合 金

高 速钢

工 具钢

1900

1925

1950

1975

2000

年

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先进制造技术专题 高速切削的特征

高速切削技术

单位时间切除量 表面质量

切削力 刀具寿命 切削速度来源

:PTW

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先进制造技术专题 高速切削的特征切削速度对刀具寿命的影响(刀具寿命)

高速切削技术

工件材料： X100CrMoV51 (2363) ,60 HRC

刀具： 球头刀：d = 6 mm 刀刃数：2(CBN时1) 刀具材料： HM:硬质合金，TiN 涂层 (切削速度) CBN:立方氮化錋 Cermet:金属陶瓷 来源：PTW

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先进制造技术专题 高速切削的特征

高速切削技术

提高单位时间的切除量，降低产品的制造时间后续工作 精加工 半精加工 粗加工 加工准备 设计

(常规铣削)

(高速铣削)

来源：BMW

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先进制造技术专题 高速切削的特征提高加工表面质量

高速切削技术

加工 余量 要求轮廓 行距 行距 实际轮廓 行距 来源：PTW

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先进制造技术专题 高速切削的特征降低切削力

高速切削技术(用PCD刀具材料车削铝合金)

(主切削力)

来源：PTW

(切削速度)

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先进制造技术专题 高速切削的特征减少传递给工件的热量 切屑和接触面之 间的接触区域产生 的高温会导致温度 效应并降低工件材 料变形的阻力 剪切角增大 切削热大部分由 切屑快速带走 避免积屑瘤的产 生

高速切削技术

前刀面 接触区 刀具 高速切削的剪切角 常规切削的剪切角 后刀面

工件

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先进制造技术专题 高速切削的优点

高速切削技术

高单位时间切除率，降低加工成本 高单位时间切除率 高加工表面质量，提高加工精度 高加工表面质量 低切削力，降低加工系统力变形 低切削力 高激励频率，避免自激振荡 高激励频率 切削热由切屑带走，减少工件热变形 切削热由切屑带走 减少后续工序 ，降低加工成本