下载文档原格式
数控机床中高速切削加工技术的运用探讨工作内容
数控机床是现代科技发展的重要体现,其应用范围广泛,尤其是在制造业中
扮演着重要的角色。
高速切削加工技术是数控机床中的一种重要加工方式,其能够提高加工精度和速度,降低生产成本。
本文将探讨数控机床中高速切削加工技术的运用,以及其工作内容。
一、高速切削加工技术的特点
高速切削加工技术是指使用高速切削工具对材料进行切削加工的方法。
其主要特点包括:
1. 高速度:高速切削工具的速度通常在数百至数千公里每小时之间,能够提高加工速度,降低加工成本。
2. 高精度:高速切削工具能够提高加工精度,达到纳米级别的精度。
3. 高效率:高速切削工具能够在较短的时间内完成加工任务,提高工作效率。
4. 环保节能:高速切削工具具有环保节能的特点,能够在减少能源消耗的同时,提高生产效率。
二、高速切削加工技术在数控机床中的应用
1. 制造精密零部件
数控机床采用高速切削技术可以制造精密的零部件,如航空航天部件、汽车发动机零件、电子零部件等。
这些零部件的精度和表面质量要求高,而高速切削技术能够满足这些要求。
2. 制造高速切削刀具
高速切削技术可以制造高速切削刀具,如刀具、切削工具等。
这些刀具能够用于加工高硬度、高精度的材料,如钛合金、硬质合金等。
3. 加工金属合金
金属合金的加工是高速切削技术的重要应用之一。
金属合金通常具有高强度、高硬度和高韧性,而高速切削技术能够满足这些要求。
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。
机械制造中的机械加工高速切削技术高速切削是机械加工领域中的一项重要技术，它在工件加工过程中使用高速切削工具，以较大的进给速度和转速进行切削，提高了加工效率和加工质量。
本文将介绍机械加工高速切削技术的原理、特点以及在机械制造中的应用。
一、高速切削技术的原理高速切削技术是基于高速运动的切削工具和工件之间的相对运动原理。
在高速切削过程中，切削工具以较高的转速和进给速度与工件接触，形成切屑并进行切削。
相比传统的慢速切削，高速切削具有以下特点：1. 切削速度较快：高速切削在保持刀具刃口整齐的情况下，增大刀具转速和进给速度，从而大幅提高了切削效率。
2. 切削温度较低：高速切削由于切削时间短，切削工具与工件接触时间减少，从而减少了热量在切削区域的积累，使得切削温度低于常规切削。
3. 切削力较小：高速切削采用较高的转速和进给速度，在单位时间内切削的材料量相对较大，切削力得到了有效分散，从而降低了切削力的大小。
二、高速切削技术的应用1. 提高生产效率：高速切削技术在机械制造中广泛应用，能够显著提高生产效率。
通过提高切削速度和进给速度，生产厂商可以在较短时间内完成更多的加工任务，提高了机械加工的效率。
2. 提高加工精度：高速切削技术具有切削温度低、切削力小等特点，能够减小热变形和机械振动对工件加工精度的影响，提高了加工精度和表面质量。
3. 增加工件材料种类：高速切削技术在闪光电火花加工、超硬材料和薄壁工件高速切削等领域应用广泛。
高速切削通过较高的转速和进给速度，能够更好地适应不同材料的加工需求。
4. 降低加工成本：高速切削技术通过提高加工效率和降低切削力，可以减少切削时间和刀具磨损，从而降低了加工成本。
三、机械加工高速切削技术的挑战与发展高速切削技术在机械制造中的应用受到了一些挑战，如切削热问题、切削润滑和冷却问题等。
同时，随着高速切削技术的发展，一些新的切削方式如超声波切削、激光切削等也受到了广泛关注。
为了进一步推动高速切削技术的发展，需要加强研究，探索新的切削理论和方法。
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。
高速切削技术（1）高速切削技术的特点高速加工是当今制造业中一项快速发展的新技术，在工业发达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。
高速加工被认为是21世纪机加工艺中最重要的手段。
高速切削与常规切削相比具有明显优点：加工时间减少约60％～80％，进给速度提高5～10倍，材料去除率提高3～5倍，刀具耐用度提高70％，切削力减少约30％表面粗糙度Ra可达8um～10um，工件温升低，热变形、热膨胀减小，适宜加工细长、复杂薄壁零件等。
高速切削技术对机床、刀具、控制系统、编程等都提出了更高的要求。
我们所指高速加工是高速主轴、高速进给和先进的控制软件。
目前，国外在高速切削加工方面除了进行工艺研究外，还着重开展了研制、发展和提供能够适应于高速切削加工用的高质量、高性能、高可靠性的加工设备和装置。
与高速切削加工设备和装置相关的新技术包括：机床结构改进、主轴结构改进、坐标轴驱动技术、导轨设计、刀具材料研究、刀具夹持装置、冷却处理技术、精密位置测量技术、排屑技术以及能适应于高速切削加工设备控制的CNC控制系统及软件等。
（2）高速切削技术的适用范围航空航天工业是高速切削技术的主要用户，飞机关键零件形状的复杂性使高速加工越来越受到重视。
高速加工尤其适用于轻合金和复合材料，95％的能量由切屑带走，从而使零件的温度不会很高。
事实上铣刀切削金属没有对它施加内应力，因此它优于一般的加工。
目前的铣切类型包括端铣、面铣、模具铣。
高速铣削主轴转速目前一般在40000r／min-50000r ／min，这是精密加工的主轴和先进的切削材料的安全应用范围。
但单纯的主轴速度提高，井不能完成高速切削，还要求高速进给（减少加工时间和非加工时间），机床坐标轴具有1g～2g加速度及高刚性和固有频率，先进控制器，先进的零件编程等。
这就是说精密高速加工成功与否取决于技术链：机床-主轴-工夹-刀具-刀片，这些与设计和制造问等重要。
当然，高的切削速度对切屑量、切削表面质量、切削力和刀具寿命都有极大的影响。
高速切削技术应用浅析
张宁贾朝瑾
摘要：
1.引言
随着高速，高性能，高精密化的数控机床快速发展；金属切削加工对加工质量和加工效率的要求越来越高。
高速切削作为一项新的实用加工技术，克服了一些传统切削加工的不足，已成为现代切削加工技术的重要发展方向。
高速切削技术之所以得到越来越广泛的应用，是因为它相对于传统加工具有几个显著的优势：第一.可以提高生产率，第二.降低了切削力，第三.提高了加工质量，第四，降低了加工能耗，节约了制造资源。
高速切削加工较传统加工虽然有着显著的优势，但高速加工在其切削加工过程中也提出了较传统加工更多更为细致的要求。
高速切削技术通常认为采用的切削速度和进给速度比常规加工速度高5--10倍的加工方式就是高速加工。
并非普通意义上的采用大的切削用量来提高加工效率的加工方式。
而是采用高转速，快进给。
小背吃刀量和小进给量来去除余量。
完成零件加工的过程。
切削加工时，切削温度随切削速度升高而很快提高，但到一定速度后，因切屑带走的热量随切削速度的提高而增加，切削温度升高逐渐很慢，直至很少变化;随切削速度的进一步提高，切削温度达到峰值后反而下降，而切削速度却高出很多。
所以高速切削技术对刀具材料及刀具系统提出了更高的要求。
一.高速切削对刀具材料的要求。
刀具材料 (1)优异的高温力学性能，要求刀具在高温下保持高的高温强度高硬度及抗热冲击性。
在加工导热性差的零件时，还应具有良好的导热性能，以利于切削区热的迅速传出降低切削区温度。
(2)良好的化学稳定性，减小高温对化学作用的催化作用，保持刀具材料在高温下优异的抗黏结性能和抗扩散性能。
(3)高可靠性。
由于刀具材料组分和结构的分散性，刀具的静动态性能会有一定的差别，同时刀具在使用过程中的磨损与破损，将会影响刀具的寿命、质量稳定性、切削刃重复定位精度，因此，应具有高的可靠性。
目前适合进行高速切削的刀具材料有金刚石(PCD)、立方氮化硼(PCBN)、陶瓷、金属陶瓷、涂层硬质合金和超细晶粒硬质合金等。
但每一品种的刀具材料都有其最佳的加工对象，即存在切削刀具与加工对象德尔合理匹配问题。
刀具，工件两方面材料的力学，物理和化学性能必须得到合理的匹配，切削过程才能正常进行，并获得正常的刀具寿命；否则，刀具就可能急剧磨损，刀具寿命缩短。
所以，选用高速切削刀具时必须根据要加工的工件和加工材料进行合理选择，这也是成功进行高速切削加工的关键之一。
二.高速切削对刀具系统的要求
所谓刀具系统就是有装夹刀柄与切削刀具所组成的完整刀具体系。
装夹刀柄与机床接口相配，切削刀具直接加工被加工零件，两者都很重要。
高速切削加工刀具系统必须满足以下条件。
系统的刚性装夹刚性要好，传递转矩大，体积小; ，刀具系统的静，动刚性是影响加工精度及切削性能的重要因素。
所以静动平衡性要好。
如果刀具系统刚性不足，将导致刀具系统振动或倾斜，使加工精度和加工效率降低。
同时，系统振动又会使刀具磨损加剧，降低刀具和机床的使用寿命。
安全性高
作为应用与高速切削加工的刀具系统，在高转速情况下会产生很大的离心力，造成两种危险；一是普通弹簧夹头夹紧力会下降；二是大直径刀具可能会破坏，同时，飞溅的切削和崩刃具有很高的动作，在高速切削时，刀具的转速在10000--20000r/min以上，此时，刀体、刀片及刀片的夹紧零件受到很到离心力的作用，当转速达到某一临界值时，足以使夹紧螺钉断裂，刀片甩出，甚至整个刀体破裂。
刀具的平衡刀具或工具系统由于结构的不对称或制造，组装的误差带来的偏心，相对于回转中心会存在不平衡量。
在高速旋转时会产生周期的径向跳动力。
作用在主轴的轴承系统，甚至传递至机床的其他部位，影响加工质量。
刀具寿命和机床的性能。
为此，对高速旋转刀具的许用平衡量，最高使用转速做出了规定。
系统精度高。
系统精度包括系统定位夹持精度和刀具重复定位精度及良好的精度保持性。
具备这些精度要求的刀具系统，才能保证高速加工整个系统的静态和动态稳定性，从而满足高速，高精加工的要求。
三. 高速切削加工对机床系统的要求
随着计算机技术的发展，现代数控设备的功能越来越全面。
具体表现为：一是用户界面图形化，二是科学计算可视化，三是插补和补偿方式多样化，四是内装高性能数控系统，五是多媒体技术应用。
不过要实现高速切削必须服从以下条件：（1）使适用于高速运转的主轴部件及驱动系统；主轴的变速范围完全由变频调速交流主轴电机来实现，并使电机和机床主轴合二为一，构成所谓的电主轴。
由于电主轴结构紧凑，重量轻，惯性小，响应特性好，并且避免振动与噪音，因而是高速主轴单元的理想结构。
（2）高速主轴单元的核心是高速精密轴承：高速主轴克采用的轴承包括空气轴承，静压轴承，动压轴承，滚动轴承和磁浮轴承。
目前空气轴承受到切削载荷较小及较小过载能力的限制，静压轴承则由于摩擦热及有关功率损失而转速受限，故这两种轴承应用受限。
动静压混合轴承采用流体动力和流体静力结合的方法，使轴承在油膜支撑中旋转，具有径向和轴向跳动精度高、刚度好、阻尼特性好、粗精加工均适用，轴承寿命无限长等优点。
（3）高速轴承的应用：在高速旋转条件下，滚动轴承中滚动体的离心力和陀螺力将急剧增大。
为减少滚珠离心力，一般采取两种措施，一是减少滚珠直径，二是采用氯化硅陶瓷材料做滚珠。
（4）合理的选择润滑方式：主轴润滑为高速主轴转速的提高起着重要作用，特别是滚动轴承，
采用油空气润滑或喷油润滑。
采用空气润滑后，轴承的DN值将比脂润滑提高30%--50%。
（5）快速反应的数空伺服系统和进给部件：高速机床是精密的数控机床。
在进行高速切削时，为保持刀具每齿进给量不变，随着主轴转速的提高，进给速度也必须大幅提高。
（6）高速切屑的处理方法：大流量喷射冷却系统在高速切削时，单位时间内将产生大量的热切屑，必须把它迅速从工作台清除，以免防碍高速切削的正常进行，避免产生机床刀具和工件的热变形。
（7）“三刚”（静刚度、动刚度、热刚度）特性都很好的机床支承元件。
四. 高速加工程序编制的内容及策略
高速加工的程序编制技术是一项综合性很强的技术，包括了很多方面的综合因素。
一个程序编的是否恰当，直接影响零件的加工时间和加工质量。
另外，采用合适高速加工的编程策略也至关重要，只有这样才能科学的编出最优和最实际的高速加工程序，充分发挥高速加工的特长，从面实现零件高速加工的优质、高产和低耗。
数控程序编程的主要内容：1）认真分析加工要求并进行工艺设计，确定加工方案，选择合适的机床、刀具、夹具，确定合理的走刀线路和切削用量。
2)建立工件的几何模型，计算加工过程中刀具相对工件的运动轨迹或机床运动轨迹。
3）按照数控系统所接受的程序格式生成零件加工程序，然后对其进行验证和修改，直到得出合格的加工程序。
相比传统加工方式，高速加工对工艺走刀方式有着特殊的机能要求，因而在程序编制时要注意以下问题：（1）避免走刀时刀具轨迹的突然变化，保持加工过程中刀具轨迹的平稳和连续性，避免突然加速或减速，否则会因局部过切造成刀具和设备的损坏。
（2）下刀或刀行间过渡部分采用斜式下刀或圆弧下刀，避免直上直下下刀。
当刀具与被加工曲面呈90度时，意味着刀具的刃口只有很少一部分在工作，这样刀具的使用寿命会大大缩短。
同时，在给定转速时，刀具的刀尖相比全刀宽切削时移动的距离较短，导致材料去除率也降低。
（3）行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接。
（4）除非必须使用时，应尽量避免全刀宽切削。
（5）避免多余空刀造成重复计算，这对CAM系统的刀具轨迹编辑优化功能要求也很高，可以通过这些功能对刀具轨迹进行镜像，复制，旋转等操作，可以精确地裁减空刀数量以提高效率。
