超高速加工技術(shù)論文

　　超高速加工技術(shù)作為先進制造技術(shù)的重要組成部分,也已被積極地推廣使用。這是學習啦小編為大家整理的超高速加工技術(shù)論文，僅供參考!

　　超高速加工技術(shù)論文篇一

　　鈦合金的超高速切削加工技術(shù)研究

　　摘 要： 本課題針對鈦合金的難加工性，在闡述影響材料切削加工性因素的基礎(chǔ)上，著重就超高速切削鈦合金的可行性、切削速度范圍，從及刀具的匹配等進行了探索研究。

　　關(guān)鍵詞： 鈦合金 超高速切削加工 切削加工性

　　隨著先進制造技術(shù)愈來愈廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)，超高速切削技術(shù)應(yīng)用于鈦合金的切削加工顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。本文主要就超高速切削鈦合金過程中對刀具耐用度、加工效率和加工質(zhì)量等影響極大的刀具材料重點闡述，以尋求刀具與鈦合金的最佳匹配。

　　鈦合金化學親和力大，導熱性差且強度高，使切削溫度大幅提高、刀具磨損加劇，用傳統(tǒng)的加工方法難以加工。長期以來，改善鈦合金切削加工性的途徑一直在探索中，合理選擇刀具材料及刀具幾何參數(shù)、合理制定切削用量、采用適當?shù)那邢饕旱染稍诓煌潭壬咸岣唠y加工材料的切削加工性。迄今已經(jīng)有了一些方法，常用的有專門熱處理、加熱切削、向切削區(qū)引入超聲波及振動等。但這些方法普遍存在著效率低、成本高且加工質(zhì)量難保證等弊端。而超高速切削加工可大幅提高鈦合金加工的生產(chǎn)效率及加工質(zhì)量。

　　1.超速切削的特點及刀具材料

　　(1)高速切削技術(shù)

　　高速切削是一個相對概念，如何定義，目前尚無共識。通常把切削速度比常規(guī)高出5―10倍的切削加工叫做高速切削或超高速切削。按不同加工工藝規(guī)定的高速切削范圍，車削700―7000m/min，銑削300―6000m/min，鉆削200―1100m/min，磨削150―360m/s，這種劃分比常規(guī)切速幾乎提高了一個數(shù)量級，而且有繼續(xù)提高的趨勢。

　　高速切削技術(shù)是在機床結(jié)構(gòu)及材料、機床設(shè)計制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計制造技術(shù)、高效高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件與軟件技術(shù)均得到充分發(fā)展的基礎(chǔ)之上綜合而成的。因此，高速切削加工是一個復雜的系統(tǒng)工程，涉及機床、刀具、工件、加工工藝過程參數(shù)及切削機理等諸多方面。

　　該技術(shù)為“輕切削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，即ap與ae很小。其有以下幾個優(yōu)點。

　　加工時間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規(guī)的3―5倍。

　　刀具切削狀況好，切削力小，主軸軸承、刀具和工件受力均小。由于切削速度高，吃刀量很小，剪切變形區(qū)窄，變形系數(shù)ξ減小，切削力降低30%―90%。同時，由于切削力小，讓刀也小，提高了加工質(zhì)量。

　　刀具和工件受熱影響小。切削產(chǎn)生的熱量大部分被高速流出的切屑所帶走，故工件和刀具熱變形小，有效地提高了加工精度。

　　材料切除率高，工件表面質(zhì)量好。首先，ap與ae小，工件粗糙度好。其次，切削線速度高，機床激振頻率遠高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動很小，十分容易獲得好的表面質(zhì)量，工件表面鱗刺的高度會顯著降低，甚至完全消失。超高速切削時其進給速度可隨切削速度的提高相應(yīng)提高5―10倍。這樣，單位時間內(nèi)材料的切除率可提高3―5倍。

　　高速切削刀具熱硬性好，且切削熱量大部分被高速流動的切屑所帶走，可進行高速干切削，不用冷卻液，減少了對環(huán)境的污染，能實現(xiàn)綠色加工。

　　可完成高硬度材料和硬度高達HRC40―62淬硬鋼的加工。如采用帶有特殊涂層(TiAlN)的硬質(zhì)合金刀具，在高速、大進給和小切削量的條件下，完成高硬度材料和淬硬鋼的加工，不僅效率高出電加工(EDM)的3―6倍，而且表面質(zhì)量很高(Ra0.4)，基本上不用鉗工拋光。

　　(2)超高速切削的刀具材料

　　由于超高速切削的速度比常規(guī)切削速度高幾倍甚至十幾倍，切削溫度很高，因此超高速切削對刀具材料提出了更高的要求。刀具材料應(yīng)具備高的耐熱性、抗熱沖擊性，良好的高溫力學性能，以及較高的可靠性。目前國內(nèi)外用于超高速切削的刀具材料主要有涂層硬質(zhì)合金、TiC(N)基硬質(zhì)合金、陶瓷刀具、聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等。

　　2.超高速切削鈦合金

　　超高速切削鈦合金是在高應(yīng)變率響應(yīng)的作用下，改善其加工性能，從而得到高的加工質(zhì)量。超高速切削鈦合金的速度一般控制在150―1000m/min范圍。

　　超高速切削鈦合金的關(guān)鍵技術(shù)除了切削速度外，還有刀具主軸單元及進給單元制造技術(shù)、機床支承及輔助單元制造技術(shù)、加工測試技術(shù)等諸多因素。

　　根據(jù)鈦合金自身對刀具材料的要求，以及超高速切削對刀具材料提出的特殊要求，研究發(fā)現(xiàn)適宜于超高速切削的幾種常用的刀具材料與鈦合金的匹配性存在很大差異。

　　PCD刀具的性能很適宜于加工鈦合金，原因有：①很好的導熱性。由于導熱系數(shù)及熱擴散率高，切削熱容易散出，故切削溫度低。金剛石的導熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5―9倍。②較低的熱膨脹系數(shù)。金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小得多，約為高速鋼的1/10。③極高的硬度和耐磨性，金剛石刀具在加工高硬度材料時，耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10―100倍，甚至高達幾百倍。

　　3.結(jié)語

　　采用超高速切削難鈦合金這一加工材料，解決了常規(guī)切削鈦合金的難題，既保證了加工質(zhì)量，又大幅度提高了生產(chǎn)率，具有良好的發(fā)展前景。超高速切削技術(shù)用于難加工材料的加工正在逐漸成熟，如何進一步完善超高速切削鈦合金的加工技術(shù)，是有待進一步研究的課題。

　　參考文獻：

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　　[3]盛曉敏，鄧朝暉.先進制造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2000.

　　超高速加工技術(shù)論文篇二

　　超高速切削加工技術(shù)研究

　　摘要：隨著社會的不斷進步，技術(shù)的日益完善，人們對對切削加工技術(shù)有了更高的要求。世界不同的國家都在切削技術(shù)上投入了大量的人力、物力、財力。切削加工技術(shù)手段在不斷地進步，高速切削加工技術(shù)正是在這種趨勢之下產(chǎn)生的，并以極高的切削速度、加工精度、加工質(zhì)量、進給速度而聞名業(yè)界。超高速切削加工技術(shù)不但可以切削金屬、纖維強化合物，還在航空航天等高端領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。超高速銑削加工技術(shù)以其獨特的性能，具有廣闊的市場，成為世界各國爭先研究的關(guān)鍵技術(shù)。本文對超高速切削加工技術(shù)研究內(nèi)容和發(fā)展趨勢進行了簡單的概述。

　　關(guān)鍵詞：切削加工;超高速切削;技術(shù)

　　中圖分類號：V261.5+1文獻標識碼：A

　　1超高速切削加工的概念

　　高速切削理論最早始于1931年，是由德國學者Carl.J.Salomon所提出的一種假設(shè)，這種假設(shè)引起了機械制造業(yè)的極大興趣，Carl.J.Salomon認為，所有被加工材料都有一個臨界切削速度，切削溫度和刀具磨損程度的變化類似一個拋物線，拋物線的最頂點則為臨界切削速度。切削溫度和刀具磨損程度的變化在切削速度逐步接近臨界切削速度的過程中，切削溫度和刀具的磨損程度都在不斷增大。當切削速度超過臨界切削速度之后，切削溫度和刀具磨損反而隨切削速度增大而減小。經(jīng)過科研工作人員的不斷努力和反復實驗研究，這種假設(shè)已變成實用技術(shù)，被逐步運用到機械制造工業(yè)領(lǐng)域。

　　與普通切削相比高速切削對工件材料的切削速度是其幾倍或幾十倍，目前學界對高速切削并無準確的定義，從高速切削的特點出發(fā)，一般有以下幾種定義方式：①是指高切削速度的切削;②是指高主軸轉(zhuǎn)速的切削;③是指高進給速度的切削;④是指高進給的高速切削;⑤是指高生產(chǎn)率的切削。高速切削的范圍并不固定，根據(jù)被切削材料的不同，高速切削的范圍會有所不同。

　　2超高速切削加工的特點

　　高速、超高速切削的特點主要表現(xiàn)在他與普通切削加工技術(shù)的不同上，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　第一、生產(chǎn)效率大大提高。超高速切削在切削材料時極大地縮短了機動時間和輔助時間、使因為切削而消耗的時間縮短了近一半左右。極大地提高了機械制造過程中切削工作效率，縮短了機械制造工期。

　　第二、材料切削加工精度更高。高速切削單位切削力較同樣的切削層參數(shù)，單位切削力明顯要小很多。同時切削力還可在保持高效率的同時適當減低進給量，使減幅進一步加大，大大降低了工件切削過程中產(chǎn)生變形的機率。同時，高速切削使傳入工件的切削熱的比例大幅度降低，加工表面受熱時間短、切削溫度低，因此，熱影響區(qū)和熱影響程度都較小。有利于提高加工精度，有利于獲得低損傷的表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)和保持良好的表面物理性能及機械性能。特別是對于大型框架件、薄壁件、薄壁槽形件的高精度高效加工，高速銑削是目前唯一有效的方法。

　　第三、能獲表面較好的完整性。在對機械材料進行高速切削時，高速切削一方面保證了切削工作的生產(chǎn)效率，另一方面它采用的進給量較小，使得加工表面變得較為光滑。在高速切削的過程中，切削力度和變化幅度都很小，而且機床的激振頻率遠高于切削工藝系統(tǒng)的固有頻率，加工表面受切削震動的影響較小，大部分合成材料有多種化合物混合加工而成，再經(jīng)切削產(chǎn)生的高溫熱量的情況下，容易改變材料的性能，高速切削以其高速、低熱傳入比率，可使受加工材料表面保持穩(wěn)定的物理性能。

　　3實現(xiàn)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)

　　高速、超高速切削技術(shù)是在機床結(jié)構(gòu)及材料、機床設(shè)計制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計制造技術(shù)、高效高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等相關(guān)的硬件與軟件技術(shù)的基礎(chǔ)之上綜合而成的。因此，高速切削加工是一個復雜的系統(tǒng)工程，由機床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監(jiān)控及切削機理等方面形成了高速切削的相關(guān)技術(shù)。

　　3.1高速切削刀具技術(shù)

　　超高速銑削時，刀具與材料之間摩擦產(chǎn)生的切削熱量與刀具所受到的磨損程度都要比普通的切削高得多，為此，對超高速切削使用的刀具材料有特殊的要求。在刀具的耐磨性、強硬度、高韌性、化學性能穩(wěn)定性、耐高熱性等性能方面具有其超出一般切削的刀具的特有屬性。

　　目前新興刀具材料的種類很多，但同時兼具上述性能的材料卻很難找到。因此，在具有比較好的抗沖擊韌度的刀具材料的基體上，再加上高熱硬性和耐磨性鍍層的刀具是刀具技術(shù)發(fā)展的重點。另外，綜合切削性能非常好的高速加工刀具，還可以通過CBN和金剛石等硬度很高的材料燒結(jié)在抗沖擊韌度好的硬質(zhì)合金或陶瓷材料的基體加工得到。

　　3.2高速切削工藝

　　高速切削作為一種新的切削方式，目前，尚沒有完整的加工參數(shù)表可供選擇，也沒有較多的加工實例可供參考，還沒有建立起實用化的高速切削數(shù)據(jù)庫，在高速加工的工藝參數(shù)優(yōu)化方面，也還需要作大量的工作。高速切削NC編程需要對標準的操作規(guī)程加以修改。零件程序要求精確并必須保證切削負荷穩(wěn)定。多數(shù)CNC軟件中的自動編程都還不能滿足高速切削加工的要求，需要由人工編程加以補充。應(yīng)該采用一種全新的編程方式，使切削數(shù)據(jù)適合高速主軸的功率特性曲線。

　　3.3高速切削機理

　　目前對于鋁合金的高速切削機理研究，已取得了較為成熟的結(jié)論，并已用于指導鋁合金高速切削生產(chǎn)實踐。而關(guān)于黑色金屬及難加工材料的高速切削加工機理研究尚在探索階段，其高速切削工藝規(guī)范還很不完善，是目前高速切削生產(chǎn)中的難點，也是切削加工領(lǐng)域研究的焦點。正開展的研究工作主要包括鑄鐵、普通鋼材、模具鋼、鈦合金和高溫合金等材料在高速切削過程中的切屑形成機理、切削力、切削熱變化規(guī)律及刀具磨損對加工效率、加工精度和加工表面完整性的影響規(guī)律，繼而提出合理的高速切削加工工藝。另外，高速切削已進入鉸孔、攻絲、滾齒等應(yīng)用中，其機理也都在不斷研究之中。

　　4超高速切削加工的研究內(nèi)容及發(fā)展趨勢

　　目前高速切削技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)取得的巨大的成就，但隨著機械制造材料的不斷更新，高技術(shù)合成材料的不斷出現(xiàn)，使得對高速切削技術(shù)有了更高的要求，超速切削技術(shù)將在如下幾個方面應(yīng)繼續(xù)發(fā)展：

　　第一，在重切削工藝中進行超高速切削

　　所謂重切削是指對大型或重型零件所進行的切削加工，這種切削要求超高速切削必須兼具高功率、大切深、重負荷、長時間等高標準、嚴要求，重切削所要求的超高速切削難度更大，工作更復雜。重切削在我國大型設(shè)備制造業(yè)領(lǐng)域具有重要的地位，它是提高設(shè)備加工效率的關(guān)鍵。為此我們的研究開發(fā)方向要傾向于重切削領(lǐng)域的超高速切削研究。

　　第二、難加工材料的超高速切削

　　切削難加工材料具有切削溫度高、導熱性差、刀具磨損快等特性，為此它對切削刀具材料具有特殊要求。難加工材料的相對切削加工性極低，目前對對機械制造中的難加工材料大多只能采用很低的切削速度。只有不斷深入研究，努力發(fā)現(xiàn)難加工材料所具有的特性，找到適合高速切削各種難加工材料的超硬刀具材料，開發(fā)出新的高速刀具切削系統(tǒng)，才能破解難加工材料切削的困境。

　　第三、基于新型檢測技術(shù)的加工狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

　　基于進給速度和主軸轉(zhuǎn)速的極大提高，使得對監(jiān)控系統(tǒng)的靈敏性、可靠性、和瞬時反應(yīng)性提出了新的要求，機械設(shè)備切削工況監(jiān)控任務(wù)更加重要。如超高速切削刀具磨破損、磨具的修整等狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)及保證快速反應(yīng)替換的刀具管理系統(tǒng)軟件，刀具磨損破損監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。開發(fā)對超高速加工機床主軸單元、進給單元系統(tǒng)和機床支承及輔助單元系統(tǒng)等功能部件和驅(qū)動控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)，對超高速切削過程中的工件加工精度、加工表面質(zhì)量及安全狀態(tài)的在線監(jiān)控技術(shù)是研究的重點。

　　參考文獻

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　　[2]艾興.高速切削技術(shù)和刀具材料現(xiàn)狀與展望.21世紀機械技術(shù)新視野論壇，2001，6.