(高速切削技术及其应用)
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高速切削技术研究第一部分高速切削技术的定义与特点 (2)第二部分高速切削刀具材料与磨损机理 (4)第三部分高速切削机床的选型与应用 (7)第四部分高速切削参数优化方法 (10)第五部分高速切削过程的热控制技术 (13)第六部分高速切削加工精度与表面质量 (15)第七部分高速切削在典型零件加工中的应用 (17)第八部分高速切削技术的发展趋势与挑战 (20)第一部分高速切削技术的定义与特点高速切削技术是一种先进的制造工艺,它通过使用高转速的刀具和优化的切削参数来提高材料去除率、加工精度和表面质量。
该技术的核心在于实现高效率、高质量和高精度的加工过程。
在高速切削过程中,刀具以极高的速度旋转(通常超过每分钟数千转),同时进给速度也相应提高。
这种高速旋转产生的离心力有助于减小切削力和切削热,从而延长刀具寿命并减少工件的热变形。
此外,由于切削力的降低,高速切削还可以减少振动,进一步提高加工精度。
高速切削技术的优势主要体现在以下几个方面:1.高效率:与传统切削相比,高速切削可以显著提高材料去除率,缩短加工时间。
研究表明,高速切削可以提高生产效率达 30%至50%。
2.高精度:高速切削过程中的低切削力可以减少工件的振动,从而提高加工精度。
此外,由于切削热的影响较小,工件的热变形也得到了控制。
3.高质量表面:高速切削产生的切削热较低,这有助于减少工件的烧伤和裂纹,从而获得更好的表面质量。
4.刀具寿命延长:高速切削可以降低切削力,减少刀具磨损,从而延长刀具的使用寿命。
5.节能减排:高速切削技术可以实现更高的材料去除率,从而减少能源消耗和碳排放。
然而,高速切削技术也存在一些挑战,如刀具成本较高、对机床性能要求较高等。
因此,在实际应用中,需要根据具体加工需求和技术条件,合理选择切削参数和刀具,以确保高速切削技术的有效性和经济性。
总之,高速切削技术作为一种先进的制造工艺,具有高效率、高精度、高质量表面等优势,但在实际应用中需充分考虑其成本和设备要求。
试论数控高速切削加工技术的发展与应用研究摘要:在当前社会发展过程中,人们对各个加工技术措施和加工效率要求不断的提高,这就要求加工企业在工作的过程中要不断的对加工设备进行更新,保证其能够符合当前社会发展的要求。
本文系统介绍了数控高速切削加工的基础理论及发展过程,通过对其在生产过程中各种加工方式和加工措施进行分析,总结其在工作中的关键所在,为其日后发展中需要的技术和研究方向奠定基础依据。
关键词:高速切削;关键技术;应用研究数控高速切削技术是随着当前社会技术发展中逐步实现的发展技术措施,是提高加工效率和加工质量的先进制造技术之一。
在当前社会技术日益发展与完善的过程中,各种相关技术的研究已成为国内外先进制造技术领域重要的研究方向,更是当前社会日益进步中的主要趋势所在。
我国是制造大国,在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移,在加工企业生产和工作的过程中要利用各种技术手段保证其工作效率的提高,否则在新一轮国际产业结构调整中,使得其市场竞争力落后,造成在企业生产中的效益降低,因此在当前,研究各种先进的加工理论与加工工艺已成为当前不可避免的企业发展趋势。
1、数控高速切削加工的含义高速切削理论由德国物理学家在上世纪三十年代初提出的。
他通过大量的实验研究得出结论:在正常的切削速度范围内,切削速度如果提高,会导致切削温度上升,从而加剧了切削刀具的磨损;然而,当切削速度提高到某一定值后,只要超过这个拐点,随着切削速度提高,切削温度就不会升高,反而会下降,因此只要切削速度足够高,就可以很好的解决切削温度过高而造成刀具磨损不利于切削的问题,获得良好的加工效益。
随着社会发展中,对制造业要求的不断提高,高速切削加工逐步的被应用在各个加工企业和加工生产当中,更是被诸多单位广泛的重视。
在此理论基础上逐渐形成了数控高速切削技术研究领域,使得其在生产的过程中能够有效的保证加工产品的质量和加工效益,是各个企业生产和加工过程中主要探索的目标和追求方向。
第三讲1.高速切削技术高速切削的产生背景和发展史高速切削(HSM或HSC)通常指高主轴转速和高进给速度下的立铣,它是20世纪90年代迅速走向实际应用的先进加工技术,在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。
高速铣削技术既可用于铝合金、铜等易切削金属,也可用于淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料,以及碳纤维塑料等非金属材料。
例如,在铝合金等飞机零件加工中,曲面多且结构复杂,材料去除量达高达90%~95%,采用高速铣削可大大提高生产效率和加工精度;在模具加工中,高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件,因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨,在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。
高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果:“当以适当高的切削速度(约为常规速度的5~10倍)加工时,切削刃上的温度会降低,因此有可能通过高速切削提高加工生产率”。
60多年来,人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术,但直到20世纪90年代该技术才逐渐在工业实际中推广应用。
高速切削最早在飞机制造业和模具制造l受到很大的重视。
为使飞机的零部件满足很高的可靠性要求,大部分重要零件都是在整块铝合金坯件卜铣削而成,既可减少焊缝,又可提高零件的强度和抗振性。
但常规铣削效率很低,从而导致了高的生产成本和长的交货时间。
高速切削是克服这方面问题的最好解决方案。
汽车工业中,模具制造是产品更新换代的关键。
新车型定型后,模具制造周期的长短直接影响到产品的上市时间,也关系到市场竞争的成败。
所以在80年代美国、欧洲和日本的政府都出巨资推动高速切削在模具制造中的应用研究,90年代初高速切削已进入工业化应用。
图16 高速切削在生产应用中的发展历程图17 采用高速切削后产品质量提高的历程a一硬质合金切钢 b一硬质合金切铸铁c—CBN切铸铁图16是德国宝马公司(BMW)采用高速切削的历程。
高速加工技术及应用高速加工技术是一种在短时间内迅速、高效地完成工件加工的技术。
它是现代制造业发展的重要一环,广泛应用于航空航天、汽车、船舶、电子、模具等领域。
高速加工技术的特点有以下几点:1.高速切削:高速加工技术采用高速旋转的切削工具,使得切削速度大大提高,一般可以达到切削速度的数倍甚至十数倍,从而大大缩短了加工时间。
2.小切削量:高速加工技术多采用微小切削量的方式进行切削,这样可以降低加工对机床、刀具和工件的热影响,提高加工精度。
3.高精度和高表面质量:高速加工技术能够实现很高的加工精度和表面质量,通常可以达到几个微米的加工精度和很低的表面粗糙度。
4.刀具寿命长:高速加工技术采用高硬度和高耐磨性的刀具材料,使得刀具使用寿命大大延长,降低了换刀频率和加工成本。
高速加工技术在以下方面有广泛的应用:1.航空航天领域:在航空航天领域,高速加工技术能够加工各种复杂曲面和薄壁结构件,如发动机叶片、航空航天零件等,提高了零件的精度和表面质量。
2.汽车领域:高速加工技术在汽车制造中主要用于零部件的加工,如发动机缸体、座椅滑块等,能够提高加工效率和产品质量。
3.船舶领域:高速加工技术在船舶制造中主要用于船体结构和轴承加工,如船体钢板切割、轴承的外圈和内圈加工等,提高了加工速度和质量。
4.电子领域:高速加工技术在电子领域主要用于半导体器件的切割和加工,如芯片切割、光纤连接器加工等,提高了加工精度和产品性能。
5.模具领域:高速加工技术在模具制造中主要用于模具的精细加工,如模具的深孔加工、细小结构的加工等,提高了模具的加工精度和寿命。
高速加工技术的发展对于提高制造业的竞争力和产品质量具有重要意义。
随着材料科学和机械加工技术的不断发展,高速加工技术将在更多领域得到应用,并不断推动制造业的发展。
浅谈高速切削加工技术及应用摘要:高速切削(high speed cutting,hsc)是近年来迅速崛起的一项先进制造技术。
本文就高速切削加工技术的发展、特点、关键技术及其应用作一简要的研究与阐述。
关键词:高速切削加工;技术;研究;应用中图分类号:tg659 文献标识码:a 文章编号:1006-3315(2011)11-175-0011931年4月德国物理学家carl.j.saloman最早提出了高速切削(high speed cutting)的理论,并于同年申请了专利。
他指出:在常规切削速度范围内,切削温度随着切削速度的提高而升高,但切削速度提高到一定值之后,切削温度不但不会升高反而会降低,且该切削速度vc与工件材料的种类有关。
对于每一种工件材料都存在一个速度范围,在该速度范围内,由于切削温度过高,刀具材料无法承受,切削加工不可能进行。
要是能越过这个速度范围,高速切削将成为可能,从而大幅度地提高生产效率。
由于实验条件的限制,当时高速切削无法付诸实践,但这个思想给后人一个非常重要的启示。
一、高速切削加工概述1.高速切削历史和现状高速切削的起源可追溯到20世纪20年代末期。
德国的切削物理学家萨洛蒙博士于1929年进行了超高速切削模拟试验。
1931年4月发表了著名的超高速切削理论,提出了高速切削假设。
我国早在20世纪50年代就开始研究高速切削,但由于各种条件限制,进展缓慢。
近10年来成果显著,至今仍有多所大学、研究所开展了高速加工技术及设备的研究。
2.切削速度的划分根据高速切削机理的研究结果,高速切削不仅可以大幅度提高单位时间材料切除率,而且还会带来一系列的其他优良特性。
高速切削的速度范围定义在这样一个给切削加工带来一系列优点的区域。
这个切削速度区比传统的切削速度高得多,因此也称超高速切削。
通常把切削速度比常规高出5~10倍以上的切削加工叫做高速切削或超高速切削。
3.高速切削的优势高速切削具有以下特点:①可提高生产效率;②降低了切削力;③提高加工质量;④高速切削的切削热对工件的影响小;⑤加工能耗低,节省制造资源;⑥高速切削可以加工难加工材料;⑦简化了加工工艺流程;⑧可降低加工成本。
长春汽车工业高等专科学校继续教育学院毕业论文(设计)中文题目:高速切削加工技术及其应用的研究英文题目:High speed cutting technologyand its application毕业专业:汽车机械制造技术学生姓名:高越准考证号:290414100432指导教师:穆春燕二零一五年八月独创性声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得长春汽车工业高等专科学校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本论文作者完全了解长春汽车工业高等专科学校有关保留、使用论文的规定。
特授权长春汽车工业高等专科学校可以将论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
(保密的论文在解密后适用本授权说明)论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日目录前言 (05)1.高速切削概念、内容及特点 (06)1.1高速切削概念 (06)1.2高速切削的研究内容 (06)1.3高速切削特点 (07)2.高速切削的技术体系 (08)3.高速切削的技术关键及目前解决方案 (08)3.1高速切削的技术关键 (08)3.2高速切削关键技术解决方案 (09)(1)高速切削机床 (09)(2)高速切削刀具 (11)(3)C A D/C A M (11)(4)高速切削的数控编程 (11)4.高速切削加工技术的应用 (12)4.1高速切削在航空航天工业中的应用 (12)4.2 高速切削在纤维增强塑料中的应用 (12)4.3高速切削在模具制造业中的应用 (12)4.4 高速切削在汽车制造业中的应用 (12)5.高速切削加工技术的发展前景与展望 (12)6.答谢辞 (14)7.参考文献 (14)摘要:高速切削加工技术是一种用比常规切削高得多的切削速度进行切削加工的高效新技术,高速切削加工可用于加工有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料等,还可以用于切削加工各种难加工材料.现在,高速切削技术已渐趋成熟,并开始在制造领域中大显身手。
高速机床的单元技术和整机水平正在逐步提高。
技术基础雄厚的机床厂推出了多种高速、高精度的机床产品,并且在航空航天制造、汽车工业和模具制造、轻工产品制造等重要工业领域创造了惊人的效益。
高速切削技术和高速加工机床越来越多地受到工业部门的青睐。
关键词:高速切削切削刀具切削机床Ultra—high speed cutting technology and its applicationAbstract:The high speed slices to pare processing technology is a kind of use to compare the normal regulations to slice to pare high have to have another of slice and pare the speed carry on slice to pare to process of efficiently and lately technique, the high speed slice to pare to process and can used for processing the color metals, iron casting, the steel, fiber enhance compound material etc., can also used for slice to pare to process various difficult process the material. now, the high speed slice to pare the technique already gradually mature, and start in make realm show the artistic skill greatly.Unit technique and the whole machine levels of the high-speed tool machine are raising gradually.The strong tool machine factory of the technique foundation released the tool machine product of various high speed, high accuracy, and in the aviation aerospace manufacturing, the automobile industry and the molding tool manufacturings, the light work product made the important industry realm of etc. to create the astonishing performance.The high speed slices to pare the technique and high speeds to process the favor that the tool machine is subjected to the industry section more and more.Key words: Ultra high speed cutting Cutting tool Machine tools前言高速切削(High Speed Cutting)以下简称HSC技术是国际上70~80年代以来迅速发展起来的一项先进的机械加工技术,它是在机床结构材料、刀具材料、机床设计制造技术、计算机控制技术、测量测试技术等飞速发展的基础上,由机械加工自身的发展规律和需要产生和发展的。
由于HSC的特殊规律,它具有切削速度高、进给速度大,加工效率高、加工成本低、加工精度高等一系列优点,是一项极有前途的新技术。
近十年来,由于计算机控制技术、CAD/CAM、FMS、CLMS技术在机械加工中大量应用,生产加工中的辅助时间得以大量节约,在总加工时间中所占的比例愈来愈小,而切削加工时间所占的比重相应地增大,因此要进一步提高加工效益,势必要把降低切削加工时间,亦即提高切削速度列入议程。
这样,随着工业技术的发展,发展和应用高速切削技术显得十分重要,与此相对应,对高速机床的需求量也逐年提高。
据估计,高速机床的世界市场需求量每年为七亿美元,且每年按数亿美元的速度增长。
在我国,目前航空工业急需配置高速铣床(整体壁板铣床)。
此外,根据调查,目前我国模具制造行业(火花集团)迫切需要超高速机床,由于尚无这方面的技术和装备,每年约有数亿美元的模具制造业务不能承接。
其它行业的潜在需求量也相当之大。
正因为如此,德国法兰克福Bettle研究所1988年在关于机床工业发展前景的研究报告中指出,高速切削加工隐藏着巨大的发展潜力,机床工业界要使自己在尖端加工技术方面所花的投资转化为竞争力,就应在实际中加倍重视超高速加工。
目前国际上对HSC技术的研究正方兴未艾,有关HSC机理的研究也在不断进行,HSC机床也不断推出,并在实际运用中产生了巨大的经济效益。
1.高速切削概念、内容及特点1.1 高速切削概念高速加工技术是指采用超硬材料的刃具,通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。
高速加工是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。
可以说,高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。
高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。
目前,一般认为,高速加工各种材料的切削速度范围为:铝合金已超过1600m/min,铸铁为1500m/min,超耐热镍合金达300m/min,钛合金达150~1000m/min,纤维增强塑料为2OO0~9000m/min。
各种切削工艺的切速范围为:车削700~7000m/min,铣削300~6000m/min,钻削200~1100m/min,磨削250m/s以上等等。
1.2高速切削的研究内容(1)高速切削机理研究。
对高速切削加工过程、各种切削现象、各种被加工材料的高速切削性能以及高速切削的工艺参数优化等进行系统研究。
(2)超高速主轴单元制造技术研究。
主轴材料、结构、轴承的研究与开发;主轴系统动态特性及热态性研究;柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究;主轴系统的润滑与冷却技术研究;主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究;主轴换刀技术研究。
(3)高速进给单元制造技术研究。
高速位置芯片环的研制;精密交流伺服系统及电机的研究;系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究;机械传动链静、动刚度研究;加减速控制技术研究;精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。
(4)高速加工用刀具磨具及材料研究。
研究开发各种高速加工(包括难加工材料)用刀具磨具材料及制备技术。
(5)高速CNC控制系统:高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性,以保证加工复杂曲面轮廓时,具有良好的加工性能。
还要具有高速插补及超前处理能力,防止刀具轨迹偏移和突发事故。
(6)高速加工在线检测与控制技术研究。
对高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术,对高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及高速加工过程中工件加工糖度、加工表面质量等在线监控技术进行研究。
1.3 高速切削特点高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个数量级,其切削机理异于常规切削。
由于切削机理的改变,使得高速切削技术具有如下特点:(1)切削力小由于切削速度高,切屑流出速度加快,切屑流出阻力减少,切削变形减小,从而使切削力比常规切削降低30%以上,尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少,特别适合于加工薄壁类刚性差的工件,如飞机上的机翼壁板等。
(2)工件热变形小在高速切削时,90%以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走,工件积累热量少,工件温升不会超过3℃,基本保持冷态,不会由于温升导致热变形,特别适合于/Jam细长易热变的工件。
(3)材料切除率高随切削速度的提高,进给速度也相应提高5~10倍,单位时间内的材料切除率可达常规切削的3~6倍,适用于材料切除率要求大的场合,在航空航天、汽车和模具制造等领域,高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。