高速切削技術(shù)論文(2)
高速切削技術(shù)論文篇二
淺談高速切削加工技術(shù)及應(yīng)用
摘 要：高速切削(High Speed Cutting,HSC)是近年來(lái)迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)。本文就高速切削加工技術(shù)的發(fā)展、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用作一簡(jiǎn)要的研究與闡述。
關(guān)鍵詞：高速切削加工; 技術(shù); 研究; 應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315(2011)11-175-001
1931年4月德國(guó)物理學(xué)家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削(High Speed Cutting)的理論，并于同年申請(qǐng)了專(zhuān)利。他指出：在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削溫度不但不會(huì)升高反而會(huì)降低，且該切削速度VC與工件材料的種類(lèi)有關(guān)。對(duì)于每一種工件材料都存在一個(gè)速度范圍，在該速度范圍內(nèi)，由于切削溫度過(guò)高，刀具材料無(wú)法承受，切削加工不可能進(jìn)行。要是能越過(guò)這個(gè)速度范圍，高速切削將成為可能，從而大幅度地提高生產(chǎn)效率。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，當(dāng)時(shí)高速切削無(wú)法付諸實(shí)踐，但這個(gè)思想給后人一個(gè)非常重要的啟示。
一、高速切削加工概述
1.高速切削歷史和現(xiàn)狀
高速切削的起源可追溯到20世紀(jì)20年代末期。德國(guó)的切削物理學(xué)家薩洛蒙博士于1929年進(jìn)行了超高速切削模擬試驗(yàn)。1931年4月發(fā)表了著名的超高速切削理論，提出了高速切削假設(shè)。
我國(guó)早在20世紀(jì)50年代就開(kāi)始研究高速切削，但由于各種條件限制，進(jìn)展緩慢。近10年來(lái)成果顯著，至今仍有多所大學(xué)、研究所開(kāi)展了高速加工技術(shù)及設(shè)備的研究。
2.切削速度的劃分
根據(jù)高速切削機(jī)理的研究結(jié)果，高速切削不僅可以大幅度提高單位時(shí)間材料切除率，而且還會(huì)帶來(lái)一系列的其他優(yōu)良特性。高速切削的速度范圍定義在這樣一個(gè)給切削加工帶來(lái)一系列優(yōu)點(diǎn)的區(qū)域。這個(gè)切削速度區(qū)比傳統(tǒng)的切削速度高得多，因此也稱超高速切削。通常把切削速度比常規(guī)高出5～10倍以上的切削加工叫做高速切削或超高速切削。
3.高速切削的優(yōu)勢(shì)
高速切削具有以下特點(diǎn)：①可提高生產(chǎn)效率;②降低了切削力;③提高加工質(zhì)量;④高速切削的切削熱對(duì)工件的影響小;⑤加工能耗低，節(jié)省制造資源;⑥高速切削可以加工難加工材料;⑦簡(jiǎn)化了加工工藝流程;⑧可降低加工成本。
4.高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)
4.1高速切削機(jī)理的研究。高速切削技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是以高速切削機(jī)理為理論基礎(chǔ)的。通過(guò)對(duì)高速加工中切屑形成機(jī)理、切削力、切削熱、刀具磨損、表面質(zhì)量等技術(shù)的研究，也為開(kāi)發(fā)高速機(jī)床、高速加工刀具提供了理論指導(dǎo)。
4.2高速切削刀具。從高速切削機(jī)理的研究中我們看到，隨著切削速度的提高，金屬切除率得到極大的提高，材料的高應(yīng)變率使切屑成形過(guò)程以及刀具與工件之間接觸面上發(fā)生的各種現(xiàn)象都與傳統(tǒng)切削條件下的情況不一樣。刀具的熱硬性和刀具磨損問(wèn)題成為關(guān)鍵。
4.3高速切削機(jī)床。為了適應(yīng)粗精加工、輕重切削和快速移動(dòng),同時(shí)保證高精度,性能良好的機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵因素。高速機(jī)床技術(shù)主要包括高速單元技術(shù)(功能部件)和機(jī)床整機(jī)技術(shù)。單元技術(shù)包括高速主軸、高速伺服系統(tǒng)、高速進(jìn)給系統(tǒng)、高速CNC控制系統(tǒng)等;機(jī)床整機(jī)技術(shù)包括機(jī)床床身、冷卻系統(tǒng)、安全設(shè)施和加工環(huán)境等。
4.3.1高速主軸單元。高速主軸單元包括動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架四個(gè)主要部分，是高速切削加工機(jī)床的核心部件，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。
4.3.2高速伺服系統(tǒng)。采用高速的伺服系統(tǒng),這不僅是為了提高生產(chǎn)效率,也是維持高速切削中刀具正常工作的必要條件,否則會(huì)造成刀具的急劇磨損與升溫,破壞工件加工的表面質(zhì)量。
4.3.3高精度快速進(jìn)給系統(tǒng)。高速進(jìn)給系統(tǒng)的高速性也是評(píng)價(jià)高速機(jī)床性能的重要指標(biāo)之一，不僅對(duì)提高生產(chǎn)率有重要意義，而且也是維持高速切削刀具正常工作的必要條件。
4.3.4高速CNC控制系統(tǒng)。超高速機(jī)床要求其CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理時(shí)間要快得多，高的進(jìn)給速度要求CNC系統(tǒng)不僅要有很高的內(nèi)部數(shù)據(jù)處理速度，而且還應(yīng)有較大的程序存儲(chǔ)量。
4.3.5床身、立柱和工作臺(tái)是高速機(jī)床設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，是如何在降低運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量的同時(shí)，保持基礎(chǔ)支承部件的高靜剛度、動(dòng)剛度和熱剛度。
5.高速切削加工中的測(cè)試技術(shù)
高速切削加工是在密封的機(jī)床工作區(qū)間里進(jìn)行的，在加工過(guò)程中，操作人員很難直接進(jìn)行觀察、操作和控制，因此機(jī)床本身有必要對(duì)加工情況、刀具的磨損狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)控、實(shí)時(shí)地對(duì)加工過(guò)程在線監(jiān)測(cè)，這樣才能保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率延長(zhǎng)刀具使用壽命，確保人員和設(shè)備的安全。高速加工的測(cè)試技術(shù)包括傳感技術(shù)、信號(hào)分析和處理等技術(shù)。近年來(lái)，在線測(cè)試技術(shù)在高速機(jī)床中使用得越來(lái)越多。
6.高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用
由于高速切削具備一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，因而首先受到航空航天、模具、汽車(chē)等行業(yè)的青睞。航空部門(mén)大型整體薄壁飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工將普遍采用高速銑削工藝，減輕整機(jī)重量，提高飛機(jī)整機(jī)性能。模具制造業(yè)中普遍采用高速加工中心，形成高切削速度、高進(jìn)給速度、小切深、小走刀步距、能連續(xù)長(zhǎng)路程切削的模具加工新工藝，對(duì)淬硬鋼的高速銑削成為縮短模具開(kāi)發(fā)周期、降低制造成本的主要途徑。汽車(chē)制造業(yè)將更加積極地采用高速切削加工中心，完成高效高精度生產(chǎn)。
高速切削加工技術(shù)是先進(jìn)的制造技術(shù)，有廣闊的應(yīng)用前景。推廣應(yīng)用高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用，不但可以大幅度提高機(jī)械加工的效率、質(zhì)量，降低成本，而且可以帶動(dòng)一系列高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，當(dāng)前加強(qiáng)高速切削技術(shù)的基礎(chǔ)研究，建立高速切削數(shù)據(jù)庫(kù)、高速切削安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高機(jī)床和工具行業(yè)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新能力，加快高速切削刀具系統(tǒng)、高速切削機(jī)床系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，已是當(dāng)務(wù)之急。
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