超高速加工技術論文

　　超高速加工技術作為先進製造技術的重要組成部分,也已被積極地推廣使用。這是小編為大家整理的，僅供參考!

　　篇一

　　鈦合金的超高速切削加工技術研究

　　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上，著重就超高速切削鈦合金的可行性、切削速度範圍，從及刀具的匹配等進行了探索研究。

　　關鍵詞： 鈦合金 超高速切削加工 切削加工性

　　隨著先進製造技術愈來愈廣泛地應用於製造業，超高速切削技術應用於鈦合金的切削加工顯現出了明顯的優越性。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引數、合理制定切削用量、採用適當的切削液等均可在不同程度上提高難加工材料的切削加工性。迄今已經有了一些方法，常用的有專門熱處理、加熱切削、向切削區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效率及加工質量。

　　1.超速切削的特點及刀具材料

　　***1***高速切削技術

　　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。按不同加工工藝規定的高速切削範圍，車削700―7000m/min，銑削300―6000m/min，鑽削200―1100m/min，磨削150―360m/s，這種劃分比常規切速幾乎提高了一個數量級，而且有繼續提高的趨勢。

　　高速切削技術是在機床結構及材料、機床設計製造技術、高速主軸系統、快速進給系統、高效能CNC控制系統、高效能刀夾系統、高效能刀具材料及刀具設計製造技術、高效高精度測量測試技術、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關硬體與軟體技術均得到充分發展的基礎之上綜合而成的。因此，高速切削加工是一個複雜的系統工程，涉及機床、刀具、工件、加工工藝過程引數及切削機理等諸多方面。

　　該技術為“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。其有以下幾個優點。

　　加工時間短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常規的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。由於切削速度高，吃刀量很小，剪下變形區窄，變形係數ξ減小，切削力降低30%―90%。同時，由於切削力小，讓刀也小，提高了加工質量。

　　刀具和工件受熱影響小。切削產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，機床激振頻率遠高於工藝系統的固有頻率，因而工藝系統振動很小，十分容易獲得好的表面質量，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提高5―10倍。這樣，單位時間內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，可進行高速幹切削，不用冷卻液，減少了對環境的汙染，能實現綠色加工。

　　可完成高硬度材料和硬度高達HRC40―62淬硬鋼的加工。如採用帶有特殊塗層***TiAlN***的硬質合金刀具，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

　　由於超高速切削的速度比常規切削速度高几倍甚至十幾倍，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。刀具材料應具備高的耐熱性、抗熱衝擊性，良好的高溫力學效能，以及較高的可靠性。目前國內外用於超高速切削的刀具材料主要有塗層硬質合金、TiC***N***基硬質合金、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變率響應的作用下，改善其加工效能，從而得到高的加工質量。超高速切削鈦合金的速度一般控制在150―1000m/min範圍。

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

　　根據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，研究發現適宜於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刀具的效能很適宜於加工鈦合金，原因有：①很好的導熱性。由於導熱係數及熱擴散率高，切削熱容易散出，故切削溫度低。金剛石的導熱係數為硬質合金的1.5―9倍。②較低的熱膨脹係數。金剛石的熱膨脹係數比硬質合金小得多，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，耐用度為硬質合金刀具的10―100倍，甚至高達幾百倍。

　　3.結語

　　採用超高速切削難鈦合金這一加工材料，解決了常規切削鈦合金的難題，既保證了加工質量，又大幅度提高了生產率，具有良好的發展前景。超高速切削技術用於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，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.先進製造技術.北京：機械工業出版社，2000.

　　篇二

　　超高速切削加工技術研究

　　摘要：隨著社會的不斷進步，技術的日益完善，人們對對切削加工技術有了更高的要求。世界不同的國家都在切削技術上投入了大量的人力、物力、財力。切削加工技術手段在不斷地進步，高速切削加工技術正是在這種趨勢之下產生的，並以極高的切削速度、加工精度、加工質量、進給速度而聞名業界。超高速切削加工技術不但可以切削金屬、纖維強化合物，還在航空航天等高階領域得到廣泛應用。超高速銑削加工技術以其獨特的效能，具有廣闊的市場，成為世界各國爭先研究的關鍵技術。本文對超高速切削加工技術研究內容和發展趨勢進行了簡單的概述。

　　關鍵詞：切削加工;超高速切削;技術

　　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於1931年，是由德國學者Carl.J.Salomon所提出的一種假設，這種假設引起了機械製造業的極大興趣，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後，切削溫度和刀具磨損反而隨切削速度增大而減小。經過科研工作人員的不斷努力和反覆實驗研究，這種假設已變成實用技術，被逐步運用到機械製造工業領域。

　　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並無準確的定義，從高速切削的特點出發，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是指高生產率的切削。高速切削的範圍並不固定，根據被切削材料的不同，高速切削的範圍會有所不同。

　　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在他與普通切削加工技術的不同上，具體表現在以下幾個方面：

　　第一、生產效率大大提高。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。極大地提高了機械製造過程中切削工作效率，縮短了機械製造工期。

　　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引數，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，熱影響區和熱影響程度都較小。有利於提高加工精度，有利於獲得低損傷的表面結構狀態和保持良好的表面物理效能及機械效能。特別是對於大型框架件、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效率，另一方面它採用的進給量較小，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於切削工藝系統的固有頻率，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，再經切削產生的高溫熱量的情況下，容易改變材料的效能，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定的物理效能。

　　3實現超高速切削的關鍵技術

　　高速、超高速切削技術是在機床結構及材料、機床設計製造技術、高速主軸系統、快速進給系統、高效能CNC控制系統、高效能刀夾系統、高效能刀具材料及刀具設計製造技術、高效高精度測量測試技術、高速切削機理、高速切削工藝等相關的硬體與軟體技術的基礎之上綜合而成的。因此，高速切削加工是一個複雜的系統工程，由機床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監控及切削機理等方面形成了高速切削的相關技術。

　　3.1高速切削刀具技術

　　超高速銑削時，刀具與材料之間摩擦產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、化學效能穩定性、耐高熱性等效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，但同時兼具上述效能的材料卻很難找到。因此，在具有比較好的抗衝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發展的重點。另外，綜合切削效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在抗衝擊韌度好的硬質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，尚沒有完整的加工引數表可供選擇，也沒有較多的加工例項可供參考，還沒有建立起實用化的高速切削資料庫，在高速加工的工藝引數優化方面，也還需要作大量的工作。高速切削NC程式設計需要對標準的操作規程加以修改。零件程式要求精確並必須保證切削負荷穩定。多數CNC軟體中的自動程式設計都還不能滿足高速切削加工的要求，需要由人工程式設計加以補充。應該採用一種全新的程式設計方式，使切削資料適合高速主軸的功率特性曲線。

　　3.3高速切削機理

　　目前對於鋁合金的高速切削機理研究，已取得了較為成熟的結論，並已用於指導鋁合金高速切削生產實踐。而關於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，其高速切削工藝規範還很不完善，是目前高速切削生產中的難點，也是切削加工領域研究的焦點。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容及發展趨勢

　　目前高速切削技術的研發已經取得的巨大的成就，但隨著機械製造材料的不斷更新，高技術合成材料的不斷出現，使得對高速切削技術有了更高的要求，超速切削技術將在如下幾個方面應繼續發展：

　　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。重切削在我國大型裝置製造業領域具有重要的地位，它是提高裝置加工效率的關鍵。為此我們的研究開發方向要傾向於重切削領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，目前對對機械製造中的難加工材料大多隻能採用很低的切削速度。只有不斷深入研究，努力發現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，開發出新的高速刀具切削系統，才能破解難加工材料切削的困境。

　　第三、基於新型檢測技術的加工狀態監控系統

　　基於進給速度和主軸轉速的極大提高，使得對監控系統的靈敏性、可靠性、和瞬時反應性提出了新的要求，機械裝置切削工況監控任務更加重要。如超高速切削刀具磨破損、磨具的修整等狀態監控系統及保證快速反應替換的刀具管理系統軟體，刀具磨損破損監控系統的智慧化。開發對超高速加工機床主軸單元、進給單元系統和機床支承及輔助單元系統等功能部件和驅動控制系統的監控技術，對超高速切削過程中的工件加工精度、加工表面質量及安全狀態的線上監控技術是研究的重點。

　　參考文獻

　　[1]張忠科.高速硬切削技術及刀具的合理選擇[J].工具技術，2007，1.

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