超高速切削加工技术及应用的研究.docx

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1、超高速切削加工技术及其应用的研究目录O.前言101 .超高速切削概念、内容及特点111超高速切削概念111.2超高速切削的研究内容111.3超高速切削特点122 .超高速切削的技术体系133 .超高速切削的技术关键及目前解决方案133.1超高速切削的技术关键133.2超高速切削关键技术解决方案15(1)超高速切削机床15(2)超高速切削刀具17(3) CAD/CAM17(4)超高速切削的数控编程174 .超高速切削加工技术的应用174.1 超高速切削在航空航天工业中的应用174.2 超高速切削在纤维增强塑料中的应用184.3 超高速切削在模具制造业中的应用184.4 超高速切削在汽车制造业中的

2、应用185 .超高速切削加工技术的开展前景与展望186 .答谢辞207 .参考文献20超高速切削加工技术及其应用摘要：高速切削加工技术是一种用比常规切削高得多的切削速度进展切削加工的高效新技术，高速切削加工可用于加工有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料等，还可以用于切削加工各种难加工材料.现在，高速切削技术已渐趋成熟，并开场在制造领域中大显身手。高速机床的单元技术和整机水平正在逐步提高。技术根基雄厚的机床厂推出了多种高速、高精度的机床产品，并且在航空航天制造、汽车工业和模具制造、轻工产品制造等重要工业领域创造了惊人的效益。高速切削技术和高速加工机床越来越多地受到工业部门的青睐。关键词：超高速切

3、削切削刀具切削机床Ultra-highspeedcuttingtechnologyanditsapplicationAbstractjThehighspeedslicestopareprocessingtechnologyisakindofusetocomparethenormalregulationstoslicetoparehighhavetohaveanotherofsliceandparethespeedcarryonslicetoparetoprocessofefficientlyandIatelytechnique,thehighspeedslicetoparetoprocessa

4、ndcanusedforprocessingthecolormetals,ironcasting,thesteel,fiberenhancecompoundmaterialetc.,canalsousedforslicetoparetoprocessvariousdifficultprocessthematerial.now,thehighspeedslicetoparethetechniquealreadygraduallymature,andstartinmakerealmshowtheartisticskillgreatly.Unittechniqueandthewholemachine

5、levelsofthehigh-speedtoolmachineareraisinggradually.Thestrongtoolmachinefactoryofthetechniquefoundationreleasedthetoolmachineproductofvarioushighspeed,highaccuracy,andintheaviationaerospacemanufacturing,theautomobileindustryandthemoldingtoolmanufacturings,thelightworkproductmadetheimportantindustryr

6、ealmofetc.tocreatetheastonishingperformance.Thehighspeedslicestoparethetechniqueandhighspeedstoprocessthefavorthatthetoolmachineissubjectedtotheindustrysectionmoreandmore.Keywords:UltrahighspeedCuttingCuttingtoolMachinetoolsO.前言超高速切削（HighSpeedCUtting）以下简称HSC技术是国际上7080年代以来迅速开展起来的一项先进的机械加工技术，它是在机床构造材料

7、、刀具材料、机床设计制造技术、计算机控制技术、测量测试技术等飞速开展的根基上，由机械加工自身的开展规律和需要产生和开展的。由于HSC的特殊规律，它具有切削速度高、进给速度大，加工效率高、加工成本低、加工精度高等一系列优点，是一项极有前途的新技术。近十年来，由于计算机控制技术、CAD/CAM、FMS、CLMS技术在机械加工中大量应用，生产加工中的辅助时间得以大量节约，在总加工时间中所占的比例愈来愈小，而切削加工时间所占的比重相应地增大，因此要进一步提高加工效益，势必要把降低切削加工时间，亦即提高切削速度列入议程。这样，随着工业技术的开展，开展和应用超高速切削技术显得十分重要，与此相对应，对超高速

8、机床的需求量也逐年提高。据估计，超高速机床的世界市场需求量每年为七亿美元，且每年按数亿美元的速度增长。在我国，目前航空工业急需配置超高速铳床（整体壁板铳床）。此外，根据调查，目前我国模具制造行业（火花集团）迫切需要超高速机床，由于尚无这方面的技术和装备，每年约有数亿美元的模具制造业务不能承接。其它行业的潜在需求量也相当之大。正因为如此，德国法兰克福BettIe研究所1988年在关于机床工业开展前景的研究报告中指出,超高速切削加工隐臧着巨大的开展潜力，机床工业界要使自己在尖端加工技术方面所花的投资转化为竞争力，就应在实际中加倍重视超高速加工。目前国际上对HSC技术的研究正方兴未艾,有关HSC机理

9、的研究也在不断进展，HSC机床也不断推出，并在实际运用中产生了巨大的经济效益。1.超高速切削概念、内容及特点1.1超高速切削概念超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前.，一般认为，超高速加工各种材料的切削速度范围为：铝合金已超过1600m/min,铸铁为1500m/min,超耐热银合金

10、达300m/min,钛合金达150IoOOm/min,纤维增强塑料为20009000m/min。各种切削工艺的切速范围为：车削7007000m/min,铳削3006000m/min,钻削200IlOOm/min,磨削250m/s以上等等。1.2超高速切削的研究内容(1)超高速切削机理研究。对超高速切削加工过程、各种切削现象、各种被加工材料的超高速切削性能以及超高速切削的工艺参数优化等进展系统研究。(2)超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、构造、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技

11、术研究；主轴换刀技术研究。(3)超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精细交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精细滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。(4)超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工(包括难加工材料)用刀具磨具材料及制备技术。(5)高速CNC控制系统:超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。(6)超高速加工在线检测与控制技术研究。对超高速加工机床主轴单元、

12、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工糖度、加工外表质量等在线监控技术进展研究。1 .3超高速切削特点高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个数量级，其切削机理异于常规切削。由于切削机理的改变，使得高速切削技术具有如下特点：(I)切削力小由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，从而使切削力比常规切削降低30%以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。(2)工件热变形小在高速切削时，9

13、0%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件积累热量少，工件温升不会超过3C,基本保持冷态，不会由于温升导致热变形，特别适合于/Jam细长易热变的工件。(3)材料切除率高随切削速度的提高，进给速度也相应提高510倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的36倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。在2001年德国汉诺威举办的欧洲机床展览会(EMO)上展出的荷兰UniSign公司制造的UniPrO-5型五轴立式加工中心(X行程100Omm、Y行程80Omm),电主轴功率100kW,最高转速25,OOOr/mi

14、n,最大扭矩90N-m,其铳削铝合金的材料切除率已达8,00010,OOOcm/min。(4)工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超出了“机床一刀具一工件工艺系统的固有频率范围(50300Hz),使得加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切U/；tl工获得的外表质量常可达磨削水平，因此常可省去铳削后的精加工工序。例如，瑞士D1XI机械公司生产的DHP50高精度卧式加工中心，工作台500X50Omnb双托盘，行程为700X700X70Omnb主轴转速为12,000rmin,功率为25kw,刀库容量65把，换刀时间4s(TT),6s(C-

15、C),定位精度4gm,重复定位精度2Bm(按IS02302g准)，测量分辨率0.5btm0高速切削尤其适合于光学等领域的加工。(5)可加工难加工材料难加工材料如高铸钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材料。例如，航空制造业中大量采用的银基合金、钛合金材料强度大、硬度高、耐冲击、易加工硬化，切削温度高，刀具磨损严重，在常规切削中一般采用很低的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可提高到10o1000mmin,不但能大幅度提高机床生产率，而且能有效减少刀具磨损，提高工件外表

16、加工质量。(6)高速干切削可以实现加工过程的绿色制造高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法，是对传统切削方式的一种技术创新。它相对于湿切削而言，是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺，它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。目前，能实现高速干切削的工件材料有铸铁、铝合金、滚动轴承钢等。2 .超高速切削的技术体系超高速切削技术是一项综合性高技术，按其内容、特点和相互关系可分为技术原理、根基技术、单元技术和总体技术4个层次，见图1。其中技术原理是通过超高速切削、磨削实验和理论分析所提醒出的加工机理,加工过程的变形、力、温度、摩擦和磨损规律，超高速条件下加工系统各局部的稳定性、可靠性及弹性扩展特性分析。为超高速切削技术提出基本要求和提供实验与理论依据。根基技术和