高速加工工艺技术应用课件.ppt

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1、高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用20162016年年8 8月月1010日日高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用摘要：摘要：目前，高速加工除了在航空航天、船舶、模具、汽车等领域得到广泛应用之外，在3C行业也得到了空前应用。这类零件大多是结构复杂、薄壁刚性差，在通常加工过程中极易产生变形，较难满足加工表面质量与加工尺寸精度要求。为此，高速加工为产品零件的加工提供了效率、表面质量和尺寸精度保障。本文以典型的3C铝合金薄壁件(手机机壳、数控系统操作面板)高速加工为研究对象，运用华中8型智能数控系统对铝合金的高速加工工艺技术进行探讨，以提高或展示产品加工的实际效能。高速加工工艺技术应用高速加

2、工工艺技术应用关键词：关键词：高速加工高速加工 形变控制形变控制 智能工艺与编程技术智能工艺与编程技术 刀具选择刀具选择 切削参数切削参数 检测与智能修正检测与智能修正高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用1.1.高速加工背景与现状高速加工背景与现状1.1 1.1 背景源于：背景源于：市场日益激烈的时间、效率、成本的竞争：市场日益激烈的时间、效率、成本的竞争：a)a)快的设计开发速度快的设计开发速度 b)b)极少的工序步骤及周转极少的工序步骤及周转 c)c)产品价值优势产品价值优势/规模化生产加工规模化生产加工 新材料及复杂的三维曲面形状加工要求：新材料及复杂的三维曲面形状加工要求：a)a)

3、打破传统打破传统/创新驱动创新驱动 b)b)薄壁复杂零件薄壁复杂零件/大切除量大切除量 C)3C C)3C铝合金、不锈钢材料加工铝合金、不锈钢材料加工高硬材料及超高的表面加工质量要求高硬材料及超高的表面加工质量要求:a)a)以车或铣代磨以车或铣代磨 b b）减少电加工工序和钳工工序）减少电加工工序和钳工工序 高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用1.2 1.2 现状现状 当前现状与先进制造的高速加工存在当前现状与先进制造的高速加工存在以下主要差距：以下主要差距：1)1)高速加工零件毛坯制造技术的差距；高速加工零件毛坯制造技术的差距；2)2)高速加工设备制造技术的差距；高速加工设备制造技术的差

4、距；3)3)高速加工刀具制造技术的差距；高速加工刀具制造技术的差距；4)4)高速加工工艺智能技术的差距；高速加工工艺智能技术的差距；5)5)高速加工检测高速加工检测(机器人机器人)与监测反馈修与监测反馈修 正技术的差距；正技术的差距；6)6)上、下料应用机器人或机器手的差距。上、下料应用机器人或机器手的差距。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用2.2.高速加工的必备条件高速加工的必备条件2.1 2.1 机床机床 高速加工机床是实现高速加工的前提和基本条高速加工机床是实现高速加工的前提和基本条件，其种类涵盖了数控机床和精密机床，其结构特件，其种类涵盖了数控机床和精密机床，其结构特点应具有足够

5、的承载能力、高刚性、热稳定性、耐点应具有足够的承载能力、高刚性、热稳定性、耐冲击性和抗震性，确保设备具有优良的静、动态特冲击性和抗震性，确保设备具有优良的静、动态特性。主轴单元能够平稳提供高转速功率、扭矩响应，性。主轴单元能够平稳提供高转速功率、扭矩响应，进给单元能平稳提供快速进给功率、扭矩及快速工进给单元能平稳提供快速进给功率、扭矩及快速工进响应，主轴单元和进给单元能精准提供加或减速进响应，主轴单元和进给单元能精准提供加或减速度与修正。度与修正。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用2.2.高速加工的必备条件高速加工的必备条件2.2 2.2 工具系统工具系统2.2.1 2.2.1 高速刀柄

6、高速刀柄(20000rpm)(20000rpm)主要指具有动平衡的高精度刀柄。主要指具有动平衡的高精度刀柄。1)7/241)7/24锥度的常规锥度的常规ISOISO、BTBT、SKSK高速动平衡刀柄；高速动平衡刀柄；2)DIN69893-12)DIN69893-1的的HSKHSK系列高速动平衡刀柄；系列高速动平衡刀柄；3)3)高速刀柄配套件，如拉钉、卡芯等。高速刀柄配套件，如拉钉、卡芯等。实例实例2.2.2 2.2.2 刀具刀具 高速加工切削是指刀具切削刃相对于零件表面高速加工切削是指刀具切削刃相对于零件表面的切削运动的切削运动(或移动或移动)速度超过普通切削速度的速度超过普通切削速度的5 5

7、1010倍，主要体现在刀具的快进、工进、快退三个环节倍，主要体现在刀具的快进、工进、快退三个环节上，要适应现代生产快速反应的应用特点。上，要适应现代生产快速反应的应用特点。实例实例高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3)3)超细晶体微粒超细晶体微粒(0.1m)(0.1m)硬质合金涂层硬质合金涂层PCDPCD刀具刀具 大切削深度、高速工进加工复合材料有上佳表现大切削深度、高速工进加工复合材料有上佳表现4)4)金属陶瓷刀具金属陶瓷刀具(TiC(N)(TiC(N)基硬质合金基硬质合金)高速车削低碳钢有上佳表现高速车削低碳钢有上佳表现5)5)陶瓷刀具陶瓷刀具 高速加工有色金属有上佳表现高速加工有色

8、金属有上佳表现6)CBN6)CBN刀具刀具(立方氮化硼立方氮化硼)高速加工钛合金、高温合金、复合材料及高硬度钢高速加工钛合金、高温合金、复合材料及高硬度钢 有上佳表现有上佳表现 7)PCD7)PCD刀具刀具(金刚石金刚石)高速加工有色金属、高硬材料、复合材料有上佳表高速加工有色金属、高硬材料、复合材料有上佳表现现高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用2.2.3 2.2.3 工装夹具工装夹具 根据产品零件特定设计、制造适合高速加工的根据产品零件特定设计、制造适合高速加工的装夹、定位的工装夹具。装夹、定位的工装夹具。1)1)通用简易工装通用简易工装(通豁性通豁性)2)2)专用特制工装专用特制工装

9、(针对产品针对产品)3)3)高精度组合工装高精度组合工装(瑞士瑞士EROWAEROWA夹具夹具)4)4)快速气动或液压工装快速气动或液压工装(真空吸盘或液压锁紧真空吸盘或液压锁紧)2.3 2.3 高速加工的在线检测与监测修正高速加工的在线检测与监测修正 在线检测主要直接检测零件加工的几何形变或在线检测主要直接检测零件加工的几何形变或尺寸精度尺寸精度(英国英国RENISHAW)RENISHAW)；监测修正主要对刀具磨损；监测修正主要对刀具磨损进行间接测量，从而对刀具磨损进行补偿，以达到进行间接测量，从而对刀具磨损进行补偿，以达到修正加工尺寸精度。修正加工尺寸精度。智能化工艺性修正，以实时修正、完

10、善程序。智能化工艺性修正，以实时修正、完善程序。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.3.高速加工工艺与编程高速加工工艺与编程3.1 3.1 高速加工的特点高速加工的特点 1)1)主轴高转速主轴高转速 国内国内20000rpm20000rpm50000rpm,50000rpm,进口进口24000rpm24000rpm100000rpm100000rpm 核心部件轴承，目前高速主轴主要采用核心部件轴承，目前高速主轴主要采用3 3种非凡轴承：种非凡轴承：陶瓷轴承、磁力轴承、空气轴承。陶瓷轴承、磁力轴承、空气轴承。2)2)工进高进给、进退高位移、加减速高响应工进高进给、进退高位移、加减速高响应

11、 直线电机具有高加、减速特性，加速度可达直线电机具有高加、减速特性，加速度可达1g1g2g2g，为传统驱动装置的，为传统驱动装置的10102020倍，进给速度是传统的倍，进给速度是传统的4 45 5倍。倍。3)CNC 3)CNC控制系统运行高可靠响应控制系统运行高可靠响应 传输速度快、抗干扰能力强，传输速度快、抗干扰能力强，CPUCPU运算速度快，预运算速度快，预读单元及读单元及NURBSNURBS功能等要高相应匹配功能等要高相应匹配CNCCNC控制器，才能发控制器，才能发挥高速切削加工的效能。挥高速切削加工的效能。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.2 3.2 高速加工工艺方案高速加

12、工工艺方案3.2.1 3.2.1 高速加工工艺流程高速加工工艺流程 产品图纸产品图纸工艺设计工艺设计工装准备工装准备设备选定设备选定刀具精选刀具精选确定检测确定检测 明确产品材料状态明确产品材料状态材料应力变形控制材料应力变形控制 材料状态处理方式材料状态处理方式 明确尺寸链及公差等级明确尺寸链及公差等级精度控制精度控制切削形变及热变形控制切削形变及热变形控制 明确形位公差及表观质量明确形位公差及表观质量定位变形及刚性控制、切削状态控制定位变形及刚性控制、切削状态控制 制定工艺工序步骤制定工艺工序步骤 CAD/CAM CAD/CAM编程编程VERICUTVERICUT模拟仿真软件进行干涉演示检

13、查模拟仿真软件进行干涉演示检查 确定刀具进退路径确定刀具进退路径调整刀具切削进退方式调整刀具切削进退方式优化刀具轨迹优化刀具轨迹 产品检测产品检测刀具轨迹微调优化刀具轨迹微调优化切削参数调整优化切削参数调整优化 试加工试加工 产品在线检测产品在线检测工艺智能优化反馈工艺智能优化反馈 批生产批生产高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.2.2 3.2.2 高速加工变形控制高速加工变形控制 1.1.零件材料应力变形控制零件材料应力变形控制切削前切削前 2.2.零件切削变形控制零件切削变形控制切削中切削中 1)1)切削应力变形切削应力变形切削力导致变形切削力导致变形 2)2)切削热变形切削热变形

14、温度导致变形温度导致变形 3)3)几何变形几何变形几何结构相互作用几何结构相互作用内力导致变形内力导致变形 4)4)装夹变形装夹变形外力导致变形外力导致变形 3.3.零件存储变形控制零件存储变形控制切削后切削后 1)1)环境温度控制环境温度控制 2)2)环境振动源控制环境振动源控制 3)3)放置稳定性控制放置稳定性控制高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.2.3 3.2.3 高速加工工具系统高速加工工具系统 3)3)刀具涂层刀具涂层 刀具涂层刀具涂层化学涂层化学涂层(CVD)(CVD)物理涂层物理涂层(PVD)(PVD)涂层成分涂层成分涂层结构涂层结构软软涂涂层层硬硬涂涂层层单单一一涂涂

15、层层复复合合涂涂层层梯梯度度涂涂层层多多层层涂涂层层纳纳米米多多层层涂涂层层纳纳米米复复合合结结构构涂涂层层高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.2.3 3.2.3 高速加工工具系统高速加工工具系统 3)3)刀具涂层刀具涂层 PVD PVD的硬涂层以的硬涂层以TiNTiN、TiCNTiCN、TiAlNTiAlN为代表；软涂为代表；软涂层目前不多，主要改善切屑时的润滑，耐磨性差。层目前不多，主要改善切屑时的润滑，耐磨性差。PVD PVD的单一涂层很好理解，复合涂层主要是硬涂的单一涂层很好理解，复合涂层主要是硬涂层层+软涂层较普遍；梯度涂层主要是涂层成分沿薄膜软涂层较普遍；梯度涂层主要是涂层

16、成分沿薄膜纵向生长方向逐步发生变化、导致涂层化学元素比纵向生长方向逐步发生变化、导致涂层化学元素比例发生变化，改善涂层组织结构；多层涂层最有代例发生变化，改善涂层组织结构；多层涂层最有代表性的表性的AlN+TiNAlN+TiN、TiAlN+TiNTiAlN+TiN；纳米多层涂层最有代；纳米多层涂层最有代表性的表性的AlN+TiNAlN+TiN、AlN+TiN+CrN,AlN+TiN+CrN,结构膜硬度达结构膜硬度达40GPa40GPa在高温下能保证高硬度；纳米复合结构涂层的结构在高温下能保证高硬度；纳米复合结构涂层的结构膜硬度达膜硬度达50GPa50GPa，在切屑温度，在切屑温度9009001

17、1001100高温下高温下能保证高硬度，特别适合高温合金材料加工选择。能保证高硬度，特别适合高温合金材料加工选择。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.2.4 3.2.4 高速加工工艺装夹高速加工工艺装夹 1.1.工装工装 1)1)通用工装通用工装 注重通豁性和注重通豁性和“万能工装万能工装”2)2)专用工装专用工装 针对特定产品设计生产的定位装夹工装针对特定产品设计生产的定位装夹工装 3)3)高精度快速组换工装高精度快速组换工装 “积木式积木式”组合定位工装组合定位工装(瑞士瑞士EROWAEROWA夹具夹具)4)4)快速气压、液压工装快速气压、液压工装 在使用以上定位装夹工装时，控制装

18、夹变形是重点在使用以上定位装夹工装时，控制装夹变形是重点 高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用3.3 3.3 高速加工编程高速加工编程 数控加工编程可借助数控加工编程可借助CAMCAM软件进行编程，然而高软件进行编程，然而高速加工编程与一般的普通数控加工编程是有些区别速加工编程与一般的普通数控加工编程是有些区别的：的：1.1.刀具轨迹与路径；刀具轨迹与路径；2.2.刀具的进退方式，入刀点、出刀点与其入刀、刀具的进退方式，入刀点、出刀点与其入刀、出刀方式；出刀方式；3.3.对加工的边界定义及加工岛屿的定义；对加工的边界定义及加工岛屿的定义；4.4.通过程序编程改变加工中应力变化、切削热变通过

19、程序编程改变加工中应力变化、切削热变化、几何形体变化、切屑的排畅尤为重要；化、几何形体变化、切屑的排畅尤为重要；5.5.编程的模拟化、智能化演示与反馈修善；编程的模拟化、智能化演示与反馈修善；6.6.高速加工程序与切削参数的匹配高速加工程序与切削参数的匹配 7.7.高速加工程序与实体特征化的实现。高速加工程序与实体特征化的实现。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用4.4.高速加工实例高速加工实例4.1 4.1 铝合金高速加工铝合金高速加工(铝合金加工的专用刀具铝合金加工的专用刀具)1.1.手机中间框手机中间框高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用4.2 4.2 不锈钢高速加工不锈钢高速加

20、工 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti舱体舱体 现场操作演示：现场操作演示：不锈钢加工的专用刀具不锈钢加工的专用刀具 刀具特点：刀具特点：1)1)刀具母材金相颗粒刀具母材金相颗粒0.2m0.2m0.1m0.1m；2)2)刀具导程较大且螺旋槽光洁，主要是便于排刀具导程较大且螺旋槽光洁，主要是便于排 屑，避免粘刀；屑，避免粘刀；3)3)刀具涂层耐高温刀具涂层耐高温;4)4)刀具很高的耐磨性；刀具很高的耐磨性；5)5)刀具锋利。刀具锋利。高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用4.3 4.3 钛合金高速加工钛合金高速加工 钛合金加工的专用刀具钛合金加工的专用刀具高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用4.4 4.4 高温合金高速加工高温合金高速加工 高温合金加工的专用刀具高温合金加工的专用刀具 机匣机匣 高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用 4.6 4.6 通用合金钢高速加工通用合金钢高速加工 通用合金钢高速加工刀具通用合金钢高速加工刀具 交流交流 高速加工工艺技术应用高速加工工艺技术应用 4.7 4.7 高硬度高硬度(HRC55)(HRC55)合金钢高速加工合金钢高速加工 高硬度合金钢高速加工专用刀具高硬度合金钢高速加工专用刀具 交流交流