华中科技大学、西北工业大学：《先进制造技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 加工域活动中的先进装备

先进制造技术 第三章加工域活动中的先进装备

第三章 加工域活动中的先进装备 先进制造技术

第三章目录 ★第一节概述 ★第二节高速切削机床 ★第三节并联运动机床

第三章 目录 ★第一节 概述 ★第二节 高速切削机床 ★第三节 并联运动机床

第一节概述 对于普通机床来说,加工过程中消耗的时间70%以上是辅助时间。随着各种 自动化程度较高的加工装备的应用,加工过程中切削时间所点的比例越来越大。 要想进一步提高生产率,就必须减少切削时间。 由于高速切削具有较高的生产率,且能获得优良的质量。发达国家对此进行 了大量的研究。目前,髙速加工在航空航天、汽车制造、模具制造等行业得到了 越来越广泛的应用,并取得了显著的经济效益 并联运动机床是近年才发展越来的一种新型高速机床。与传统机床比,并联 杋床具有结构简单、刚度好、动态性能好、速度快、可重构、宜于实现较复杂空 间运动等优点,已成为高速高效加工设备的一个新的发展方向

对于普通机床来说，加工过程中消耗的时间70%以上是辅助时间。随着各种 自动化程度较高的加工装备的应用，加工过程中切削时间所点的比例越来越大。 要想进一步提高生产率，就必须减少切削时间。 由于高速切削具有较高的生产率，且能获得优良的质量。发达国家对此进行 了大量的研究。目前，高速加工在航空航天、汽车制造、模具制造等行业得到了 越来越广泛的应用，并取得了显著的经济效益。 并联运动机床是近年才发展越来的一种新型高速机床。与传统机床比，并联 机床具有结构简单、刚度好、动态性能好、速度快、可重构、宜于实现较复杂空 间运动等优点，已成为高速高效加工设备的一个新的发展方向。 第一节 概述

第二节高速切削机床 高速切削机床 高速切削机床近年发展越来的一项先进制造技术,是继数控机床后对机械制 造业具有深远影响的又一场技术革命。 第一台实用化的高速切削机床: 1976年美国的 Vought公司研制了一台高速铣床,主轴最高转速为 20,000r/min。 我国在高速切削机床方面的发展水平 我国自20世纪80年代起从国外引进高速切削机床以来,高速机床技术 有了长足的进步。但我国在机床关键功能部件的研发上,仍远远落后于市 场的需求

一、高速切削机床 高速切削机床近年发展越来的一项先进制造技术，是继数控机床后对机械制 造业具有深远影响的又一场技术革命。 第二节 高速切削机床 第一台实用化的高速切削机床： 1976年美国的Vought公司研制了一台高速铣床，主轴最高转速为 20,000r/min。 我国在高速切削机床方面的发展水平： 我国自20世纪80年代起从国外引进高速切削机床以来，高速机床技术 有了长足的进步。但我国在机床关键功能部件的研发上，仍远远落后于市 场的需求

第三章加工域活动中的先进装备 1.高速切削的概念 高速切削的理论是德国科学家 Car. salomon于1931年提出的。他指出切削 速度与切削温度的关系如下图所示。 A区切削温度随切削速度的提 高而提高。 B区 B区由于切削温度过高而不适 切A区 区 宜进行切削 C区切削温度随切削速度的提 高反而降低,同时切削力也幅度降 Vcb切削速度Vc(m/min)

第三章 加工域活动中的先进装备 1. 高速切削的概念 高速切削的理论是德国科学家Car.J.Salomon于1931年提出的。他指出切削 速度与切削温度的关系如下图所示。 切 削 温 度 ℃ Vcb 切削速度 Vc(m/min) A区 B区 C区 A区 切削温度随切削速度的提 高而提高。 B区 由于切削温度过高而不适 宜进行切削。 C区 切削温度随切削速度的提 高反而降低，同时切削力也幅度降 低

第三章加工域活动中的先进装备 虽然受当时的条件所限,这一理论没有付诸实践,但却给后人一个重要的启 示:即有可能在C区进行切削。目前高速数控机床已逐渐成为数控机床的主流。 高速加工中心参数示例 制造厂家 机床名称 主轴最高转速最大进给速度主轴驱动功率 (国别) 型号 (r/min) (m/min) KW Mikron HSM800 42.000 13 (瑞士) 加工中心 Cincinnati HPMC 美国) 五轴加工中心 60.000 Roders RFM1000 42.000 30 (德国) 加工中心 Mazak SMM-250OUHS 50.000 (日本) 加工中心

虽然受当时的条件所限，这一理论没有付诸实践，但却给后人一个重要的启 示：即有可能在C区进行切削。目前高速数控机床已逐渐成为数控机床的主流。 制造厂家 （国别） 机床名称 型号 主轴最高转速 （r/min） 最大进给速度 （m/min） 主轴驱动功率 KW Mikron （瑞士） HSM800 加工中心 42,000 30 13 Cincinnati （美国） HPMC 五轴加工中心 60,000 60 80 Roders （德国） RFM1000 加工中心 42,000 30 30 Mazak （日本） SMM-2500UHS 加工中心 50,000 50 45 高速加工中心参数示例 第三章 加工域活动中的先进装备

第三章加工域活动中的先进装备 关于高速切削目前尚无一个统一的定义,常用的定义有: 1978年,CRP(国际生产工程研究学会)切削委员会提出:切削线速 度为500~7,000m/min的切削为高速切削 对铣削加工,1S01940标准规定,主轴转速高于8,000转为高速切削。 以高于5~10倍的普通切削速度定义为高速切削。 以DN值(主轴轴承孔直径D与主轴最大转速N的乘积)定义高速切削 DN值达(5×2000)×105m.r/min时为高速切削。 以刀具和主轴的动力学参数来定义高速切削

1978年，CIRP（国际生产工程研究学会 ）切削委员会提出：切削线速 度为500～7,000m/min的切削为高速切削。 对铣削加工，ISO1940标准规定，主轴转速高于8,000转为高速切削。 以高于5～10倍的普通切削速度定义为高速切削。 以DN值（主轴轴承孔直径D与主轴最大转速N的乘积）定义高速切削， DN值达（5×2000）×105mm.r/min时为高速切削。 第三章 加工域活动中的先进装备 关于高速切削目前尚无一个统一的定义，常用的定义有： 以刀具和主轴的动力学参数来定义高速切削

第三章加工域活动中的先进装备 高速切削的优点 提高生产效率 由于主轴转速和进给的高速化,加工时间减少 了50%,机床结构也大大简化,易于维护。 可获得较高的 由于切削力可减少30%以上,工件的加工变形 加工精度 —减小,切削热还来不及传给工件,热变形小,有 利于加工精度的提高。 由于在保证生产效率的同时,可采用较小的进 给量,从而减小了加工表面的粗糙度值;又由于 可获得较高的 机床的激振频率远大于工艺系统的固有频率,故 加工表面质量 振动时表面质量的影响很小;加工表面的受热时 间短,切削温度低,加工表面可保持良好的物理 力学性能

第三章 加工域活动中的先进装备 2. 高速切削的优点 提高生产效率 由于主轴转速和进给的高速化，加工时间减少 了50%，机床结构也大大简化，易于维护。 可获得较高的 加工精度 由于切削力可减少30%以上，工件的加工变形 减小，切削热还来不及传给工件，热变形小，有 利于加工精度的提高。 可获得较高的 加工表面质量 由于在保证生产效率的同时，可采用较小的进 给量，从而减小了加工表面的粗糙度值；又由于 机床的激振频率远大于工艺系统的固有频率，故 振动时表面质量的影响很小；加工表面的受热时 间短，切削温度低，加工表面可保持良好的物理 力学性能

第三章加工域活动中的先进装备 可加工各种难 利用高速切削加工难切削材料,不仅可大幅度 加工材料 提高生产率,还可有效降低刀具磨损。 速切削时,单位功率的金属切除率显著增大。 降低生产成本]一由于单位功率的金属切除率高、能耗低工件的在 了切削加工在制造系统资源总量中的比例。 简化了加工工 常规切削加工不能加工淬火后的材料,淬火变形 艺流程 必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削 则可以直接加工淬火后的材料

可加工各种难 加工材料 利用高速切削加工难切削材料，不仅可大幅度 提高生产率，还可有效降低刀具磨损。 降低生产成本 高速切削时，单位功率的金属切除率显著增大。 由于单位功率的金属切除率高、能耗低、工件的在 制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低 了切削加工在制造系统资源总量中的比例。 简化了加工工 艺流程 常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形 必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削 则可以直接加工淬火后的材料 第三章 加工域活动中的先进装备

第三章加工域活动中的先进装备 3.高速切削对机床的要求 机床是实现高速与切削的首要条件。高速切削对机床提出了很多新要求,归 纳如下: 主轴要有高转速、大功率和大扭矩 进给速度高 主轴与进给系统加速度高 机床有良好的静、动态特性(刚度) 机床的其它功能部件性能高

3. 高速切削对机床的要求 机床是实现高速与切削的首要条件。高速切削对机床提出了很多新要求，归 纳如下： 主轴要有高转速、大功率和大扭矩 进给速度高 主轴与进给系统加速度高 机床有良好的静、动态特性（刚度） 机床的其它功能部件性能高 第三章 加工域活动中的先进装备