超高速切削技術(shù)論文
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,技術(shù)的日益完善,人們對(duì)超高速切削加工技術(shù)有了更高的要求。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的超高速切削技術(shù)論文，僅供參考!
超高速切削技術(shù)論文篇一
超高速切削的技術(shù)體系、技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
摘要 沿襲數(shù)十年的普通數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)要求，必須進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。因此，有人稱高速與超高速機(jī)床是2l世紀(jì)的新機(jī)床，其主要特征是實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸和進(jìn)給的直接驅(qū)動(dòng)，是機(jī)電一體化的新產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞 超高速切削;技術(shù);體系;現(xiàn)狀;發(fā)展
中圖分類號(hào)TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2012)72-0124-02
現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展技術(shù)不斷發(fā)展，車床加工的工藝也逐漸向精細(xì)化、自動(dòng)化發(fā)展。在這種環(huán)境下，機(jī)床材料與結(jié)構(gòu)、機(jī)床設(shè)計(jì)、快速給進(jìn)系統(tǒng)、自動(dòng)化制造技術(shù)、高性能刀架系統(tǒng)、高速軸承系統(tǒng)、高性能切削技術(shù)、高性能刀具等多方面的軟硬件技術(shù)充分發(fā)展，以此為基礎(chǔ)綜合發(fā)展而出現(xiàn)了較為復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)工程的高速切削技術(shù)。
1 超高速切削技術(shù)的優(yōu)越性
在現(xiàn)代工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步中，高速與超高速切削刀具與機(jī)床設(shè)備等關(guān)鍵技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展，使得朝高速切削工藝逐漸走向成熟。超高速切削工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，切削速度范圍不斷擴(kuò)展，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，鋁合金的超高速切削速度已經(jīng)能夠達(dá)到每分鐘1 500m～5 500m，鑄鐵的超高速切削速度為每分鐘750m～4 500m，普通剛的切削速度為每分鐘600m～800m，給進(jìn)速度達(dá)到每分鐘20m～40m。隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展，超高速切削的技術(shù)還在不斷發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室中鋁合金的切削速度已經(jīng)超過了每分鐘6 000m，給進(jìn)加速度已經(jīng)能夠達(dá)到3倍重力加速度。超高速切削的具體特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)。
1.1 可提高生產(chǎn)效率
在機(jī)床加工的切削過程中，生產(chǎn)效率的提高是核心。而生產(chǎn)效率的主要影響因素包括加工系統(tǒng)的自動(dòng)化程度、機(jī)床機(jī)械的動(dòng)作時(shí)間與輔助加工時(shí)間。根據(jù)文獻(xiàn)資料，機(jī)床主軸給進(jìn)與轉(zhuǎn)動(dòng)的速度大幅度提高，使得加工時(shí)間減少一半，從而簡(jiǎn)化了機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)，減少了1/4的零件數(shù)量，簡(jiǎn)化了維護(hù)的過程。
1.2 可獲得較高的加工精度
現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，減少了1/3以上的切削力，使得工件的加工精度增加。由于減少了變形程度，降低了切削熱量向工件的傳導(dǎo)，能夠使工件的溫度加熱程度減少，減少了熱變形程度，從而提高了加工精度。在大型薄板件、框架見、薄壁槽型件的加工過程中，要實(shí)現(xiàn)加工過程的高效率與高精度，主要的有效加工方式即為超高速切削。
1.3 能獲得較好的表面完整性
生產(chǎn)效率不斷提高的工藝改進(jìn)中，能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給量的減少，以較小的進(jìn)給量增加加工表面的光滑程度，同時(shí)切削力改變幅度降低且減少切削力的作用，工藝系統(tǒng)的固有頻率相比機(jī)床激振頻率小很多，所有振動(dòng)對(duì)加工工件表面質(zhì)量的影響較小，切削熱傳人工件的比率大幅度減少，加上表面的受熱時(shí)間短，切削溫度低，加工表面可保持良好的物理力學(xué)性能。
2 超高速磨削技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
20世紀(jì)60年代初，高速磨削的砂輪速度曾一度達(dá)到90m/s，但更多的還是在45m/s～60m/s之間使用。20世紀(jì)70年代初，高速磨削在各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到較快的發(fā)展，砂輪圓周速度基本達(dá)到80m/s～90m/s，少數(shù)磨床砂輪線速度達(dá)到120m/s。高速磨削作為最早開發(fā)應(yīng)用的一種高效磨削技術(shù)曾風(fēng)靡一時(shí)，但是，高速磨削并未按原先預(yù)料的方向發(fā)展。通過研究，高速磨削時(shí)，一方面由于磨屑厚度變小，磨削能會(huì)增加，磨削熱增加;另一方面磨削液難以進(jìn)入磨削區(qū)，使傳入工件的熱流比例增大。這就使工件受熱變形和表面燒傷等成為限制砂輪速度進(jìn)一步提高的主要因素。此外，早期的高速磨削技術(shù)在當(dāng)時(shí)技術(shù)水平下還受到了普通砂輪的強(qiáng)度、普通磨料的耐磨性、機(jī)床結(jié)構(gòu)和成形砂輪修整等多方面因素的制約。高速磨削技術(shù)在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢，只是在對(duì)磨削溫度沒有限制的高效磨中，砂輪速度發(fā)展到120m/s。在20世紀(jì)50年代末，德國(guó)的ELB磨床公司首創(chuàng)了另一種高效磨削加工方法——緩進(jìn)給磨削，即砂輪的線速度保持普通磨削時(shí)的水平，而加大切削深度，降低工件進(jìn)給速度，使砂輪像銑削那樣工作，從而提高材料去除率，獲得磨削的精度和表面粗糙度。緩進(jìn)給磨削幾乎是同高速磨削同時(shí)發(fā)展起來的一種高效磨削技術(shù)。自1963年緩進(jìn)給磨削機(jī)床正式投入工業(yè)應(yīng)用以來，一直受傳統(tǒng)砂輪速度(u。<35m/s)的限制。人們普遍認(rèn)為高砂輪速度不適合于深磨場(chǎng)合，因?yàn)樯拜喫俣鹊奶岣邥?huì)引起磨削溫度上升，導(dǎo)致磨削燒傷的危險(xiǎn)性增加。
1979年，德國(guó)的P.G.Wemer博士預(yù)言了高效深磨區(qū)存在的合理性，Wemer在試驗(yàn)基礎(chǔ)上將緩進(jìn)給磨削的深磨機(jī)制推廣到高速磨削領(lǐng)域，提出了高效深磨的新概念。該磨床成功應(yīng)用于螺桿齒輪、絲杠、工具溝槽、轉(zhuǎn)子槽、齒槽等零件的機(jī)械加工中，用磨削加工代銑加工。在這種情況下，外界才真正開始意識(shí)到HEDG技術(shù)的巨大能量，并受到全世界的極大關(guān)注。HEDG技術(shù)將傳統(tǒng)的磨削加工工藝提高到了難以想象的程度，材料去除率Q+達(dá)到50-1000m3/(mm·s)，磨削比一般在20 000以上。這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)零件毛坯到成品的直接加工，同時(shí)結(jié)合粗加工與精加工，與傳統(tǒng)銑削、車削加工工藝相比較，極大程度提高了加工效率、縮短了加工時(shí)間。HEDG真正使磨削實(shí)現(xiàn)了高效優(yōu)質(zhì)的結(jié)合，因而被譽(yù)為磨削技術(shù)發(fā)展的高峰。近年來，隨著人造金剛石和立方氮化硼超硬磨料砂輪的推廣應(yīng)用和高速磨削機(jī)制研究的進(jìn)一步深入，高速磨削得以再度興起，并實(shí)現(xiàn)了砂輪線速度高于普通磨削5倍～6倍的超高速磨削。20世紀(jì)80年代末期，市場(chǎng)上已出現(xiàn)了80m/s～120m/s的磨床，實(shí)驗(yàn)室的磨削速度已達(dá)230m/s。德國(guó)居林公司已制造出砂輪線速度為14m/s～160m/s的CBN磨床，現(xiàn)在工業(yè)上實(shí)用磨削速度已達(dá)到了150m/s～250m/s，實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到400m/s，并表現(xiàn)出非常優(yōu)異的磨削效果。
3 結(jié)論
超高速切削對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的要求是最基本的關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)包括直線驅(qū)動(dòng)告訴進(jìn)給系統(tǒng)、主軸結(jié)構(gòu)改進(jìn)單元、數(shù)字控制與伺服驅(qū)動(dòng)的高性能系統(tǒng)、超高速切削刀具技術(shù)工藝與配套系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、穩(wěn)定的安全裝置、高效的冷卻系統(tǒng)、高阻尼和高剛度的機(jī)床床體結(jié)構(gòu)、方便可靠的換刀裝置、良好的動(dòng)態(tài)特性和熱特性。
此外，超高速切削工藝也非常重要，忽視這點(diǎn)也很難實(shí)現(xiàn)高速與超高速切削。
參考文獻(xiàn)
[1]宋昌才.高速機(jī)床與高速切削在現(xiàn)代機(jī)械加工中的應(yīng)用[J].新技術(shù)新工藝，2002(9)：2-5.
[2]陳煒.現(xiàn)代機(jī)械加工中高速切削的應(yīng)用[J].太原科技，2003(4)：80-81，83.
超高速切削技術(shù)論文篇二
超高速切削加工技術(shù)研究
摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，技術(shù)的日益完善，人們對(duì)對(duì)切削加工技術(shù)有了更高的要求。世界不同的國(guó)家都在切削技術(shù)上投入了大量的人力、物力、財(cái)力。切削加工技術(shù)手段在不斷地進(jìn)步，高速切削加工技術(shù)正是在這種趨勢(shì)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(jìn)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(qiáng)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(dú)特的性能，具有廣闊的市場(chǎng)，成為世界各國(guó)爭(zhēng)先研究的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)超高速切削加工技術(shù)研究?jī)?nèi)容和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(hào)：V261.5+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)學(xué)者Carl.J.Salomon所提出的一種假設(shè)，這種假設(shè)引起了機(jī)械制造業(yè)的極大興趣，Carl.J.Salomon認(rèn)為，所有被加工材料都有一個(gè)臨界切削速度，切削溫度和刀具磨損程度的變化類似一個(gè)拋物線，拋物線的最頂點(diǎn)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(dāng)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(fù)實(shí)驗(yàn)研究，這種假設(shè)已變成實(shí)用技術(shù)，被逐步運(yùn)用到機(jī)械制造工業(yè)領(lǐng)域。
與普通切削相比高速切削對(duì)工件材料的切削速度是其幾倍或幾十倍，目前學(xué)界對(duì)高速切削并無(wú)準(zhǔn)確的定義，從高速切削的特點(diǎn)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(jìn)給速度的切削;④是指高進(jìn)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(huì)有所不同。
2超高速切削加工的特點(diǎn)
高速、超高速切削的特點(diǎn)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(gè)方面：
第一、生產(chǎn)效率大大提高。超高速切削在切削材料時(shí)極大地縮短了機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間、使因?yàn)榍邢鞫牡臅r(shí)間縮短了近一半左右。極大地提高了機(jī)械制造過程中切削工作效率，縮短了機(jī)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(shí)切削力還可在保持高效率的同時(shí)適當(dāng)減低進(jìn)給量，使減幅進(jìn)一步加大，大大降低了工件切削過程中產(chǎn)生變形的機(jī)率。同時(shí)，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(shí)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(jī)械性能。特別是對(duì)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(duì)機(jī)械材料進(jìn)行高速切削時(shí)，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(jìn)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(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)高于切削工藝系統(tǒng)的固有頻率，加工表面受切削震動(dòng)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?zé)崃康那闆r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(shí)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(jī)床結(jié)構(gòu)及材料、機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)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(jì)制造技術(shù)、高效高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)、高速切削機(jī)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(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由機(jī)床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監(jiān)控及切削機(jī)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(shí)，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(duì)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(qiáng)硬度、高韌性、化學(xué)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(shí)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(diǎn)。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(shí)例可供參考，還沒有建立起實(shí)用化的高速切削數(shù)據(jù)庫(kù)，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(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷穩(wěn)定。多數(shù)CNC軟件中的自動(dòng)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(bǔ)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(jī)理
目前對(duì)于鋁合金的高速切削機(jī)理研究，已取得了較為成熟的結(jié)論，并已用于指導(dǎo)鋁合金高速切削生產(chǎn)實(shí)踐。而關(guān)于黑色金屬及難加工材料的高速切削加工機(jī)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(diǎn)，也是切削加工領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。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(jī)理、切削力、切削熱變化規(guī)律及刀具磨損對(duì)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(jìn)入鉸孔、攻絲、滾齒等應(yīng)用中，其機(jī)理也都在不斷研究之中。
4超高速切削加工的研究?jī)?nèi)容及發(fā)展趨勢(shì)
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(jī)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(duì)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(gè)方面應(yīng)繼續(xù)發(fā)展：
第一，在重切削工藝中進(jìn)行超高速切削
所謂重切削是指對(duì)大型或重型零件所進(jìn)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(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間等高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，重切削所要求的超高速切削難度更大，工作更復(fù)雜。重切削在我國(guó)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(dǎo)熱性差、刀具磨損快等特性，為此它對(duì)切削刀具材料具有特殊要求。難加工材料的相對(duì)切削加工性極低，目前對(duì)對(duì)機(jī)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(cè)技術(shù)的加工狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)
基于進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速的極大提高，使得對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的靈敏性、可靠性、和瞬時(shí)反應(yīng)性提出了新的要求，機(jī)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(duì)超高速加工機(jī)床主軸單元、進(jìn)給單元系統(tǒng)和機(jī)床支承及輔助單元系統(tǒng)等功能部件和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)，對(duì)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(diǎn)。
參考文獻(xiàn)
[1]張忠科.高速硬切削技術(shù)及刀具的合理選擇[J].工具技術(shù)，2007，1.
[2]艾興.高速切削技術(shù)和刀具材料現(xiàn)狀與展望.21世紀(jì)機(jī)械技術(shù)新視野論壇，2001，6.