超高速切削技術論文
隨著社會的不斷進步,技術的日益完善,人們對超高速切削加工技術有了更高的要求。這是小編為大家整理的，僅供參考!
篇一
超高速切削的技術體系、技術現狀和發展趨勢
摘要 沿襲數十年的普通數控機床的傳動與結構已遠遠不能適應要求，必須進行全新設計。因此，有人稱高速與超高速機床是2l世紀的新機床，其主要特徵是實現機床主軸和進給的直接驅動，是機電一體化的新產品。
關鍵詞 超高速切削;技術;體系;現狀;發展
中圖分類號TG506 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708***2012***72-0124-02
現代工業技術的發展技術不斷髮展，車床加工的工藝也逐漸向精細化、自動化發展。在這種環境下，機床材料與結構、機床設計、快速給進系統、自動化製造技術、高效能刀架系統、高速軸承系統、高效能切削技術、高效能刀具等多方面的軟硬體技術充分發展，以此為基礎綜合發展而出現了較為複雜的工業系統工程的高速切削技術。
1 超高速切削技術的優越性
在現代工業科學技術的不斷髮展進步中，高速與超高速切削刀具與機床裝置等關鍵技術取得了突破性的進展，使得朝高速切削工藝逐漸走向成熟。超高速切削工藝技術不斷進步，切削速度範圍不斷擴充套件，在實際的生產應用過程中，鋁合金的超高速切削速度已經能夠達到每分鐘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，給進速度達到每分鐘20m～40m。隨著現代工藝的發展，超高速切削的技術還在不斷髮展，實驗室中鋁合金的切削速度已經超過了每分鐘6 000m，給進加速度已經能夠達到3倍重力加速度。超高速切削的具體特點與優勢包括以下幾點。
1.1 可提高生產效率
在機床加工的切削過程中，生產效率的提高是核心。而生產效率的主要影響因素包括加工系統的自動化程度、機床機械的動作時間與輔助加工時間。根據文獻資料，機床主軸給進與轉動的速度大幅度提高，使得加工時間減少一半，從而簡化了機床的機械結構，減少了1/4的零件數量，簡化了維護的過程。
1.2 可獲得較高的加工精度
現代機械技術的發展，減少了1/3以上的切削力，使得工件的加工精度增加。由於減少了變形程度，降低了切削熱量向工件的傳導，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，要實現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
生產效率不斷提高的工藝改進中，能夠實現進給量的減少，以較小的進給量增加加工表面的光滑程度，同時切削力改變幅度降低且減少切削力的作用，工藝系統的固有頻率相比機床激振頻率小很多，所有振動對加工工件表面質量的影響較小，切削熱傳人工件的比率大幅度減少，加上表面的受熱時間短，切削溫度低，加工表面可保持良好的物理力學效能。
2 超高速磨削技術的現狀與發展趨勢
20世紀60年代初，高速磨削的砂輪速度曾一度達到90m/s，但更多的還是在45m/s～60m/s之間使用。20世紀70年代初，高速磨削在各工業發達國家得到較快的發展，砂輪圓周速度基本達到80m/s～90m/s，少數磨床砂輪線速度達到120m/s。高速磨削作為最早開發應用的一種高效磨削技術曾風靡一時，但是，高速磨削並未按原先預料的方向發展。通過研究，高速磨削時，一方面由於磨屑厚度變小，磨削能會增加，磨削熱增加;另一方面磨削液難以進入磨削區，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一步提高的主要因素。此外，早期的高速磨削技術在當時技術水平下還受到了普通砂輪的強度、普通磨料的耐磨性、機床結構和成形砂輪修整等多方面因素的制約。高速磨削技術在一段時間內發展緩慢，只是在對磨削溫度沒有限制的高效磨中，砂輪速度發展到120m/s。在20世紀50年代末，德國的ELB磨床公司首創了另一種高效磨削加工方法——緩進給磨削，即砂輪的線速度保持普通磨削時的水平，而加大切削深度，降低工件進給速度，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。緩進給磨削幾乎是同高速磨削同時發展起來的一種高效磨削技術。自1963年緩進給磨削機床正式投入工業應用以來，一直受傳統砂輪速度***u。<35m/s***的限制。人們普遍認為高砂輪速度不適合於深磨場合，因為砂輪速度的提高會引起磨削溫度上升，導致磨削燒傷的危險性增加。
1979年，德國的P.G.Wemer博士預言了高效深磨區存在的合理性，Wemer在試驗基礎上將緩進給磨削的深磨機制推廣到高速磨削領域，提出了高效深磨的新概念。該磨床成功應用於螺桿齒輪、絲槓、工具溝槽、轉子槽、齒槽等零件的機械加工中，用磨削加工代銑加工。在這種情況下，外界才真正開始意識到HEDG技術的巨大能量，並受到全世界的極大關注。HEDG技術將傳統的磨削加工工藝提高到了難以想象的程度，材料去除率Q+達到50-1000m3/***mm·s***，磨削比一般在20 000以上。這種技術能夠實現零件毛坯到成品的直接加工，同時結合粗加工與精加工，與傳統銑削、車削加工工藝相比較，極大程度提高了加工效率、縮短了加工時間。HEDG真正使磨削實現了高效優質的結合，因而被譽為磨削技術發展的高峰。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用和高速磨削機制研究的進一步深入，高速磨削得以再度興起，並實現了砂輪線速度高於普通磨削5倍～6倍的超高速磨削。20世紀80年代末期，市場上已出現了80m/s～120m/s的磨床，實驗室的磨削速度已達230m/s。德國居林公司已製造出砂輪線速度為14m/s～160m/s的CBN磨床，現在工業上實用磨削速度已達到了150m/s～250m/s，實驗室中達到400m/s，並表現出非常優異的磨削效果。
3 結論
超高速切削對機床結構的要求是最基本的關鍵技術，其技術包括直線驅動告訴進給系統、主軸結構改進單元、數字控制與伺服驅動的高效能系統、超高速切削刀具技術工藝與配套系統、實時監控系統、穩定的安全裝置、高效的冷卻系統、高阻尼和高剛度的機床床體結構、方便可靠的換刀裝置、良好的動態特性和熱特性。
此外，超高速切削工藝也非常重要，忽視這點也很難實現高速與超高速切削。
參考文獻
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[2]陳煒.現代機械加工中高速切削的應用[J].太原科技，2003***4***：80-81，83.
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.