高速切削技术现状及存在的问题
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数控高速加工技术简述一、高速加工的技术优势高速加工在切削原理上是对传统切削认识的突破。
据资料介绍,在国外的高速加工试验中已经证实,当切削速度超过一定值(V=600m/min)后,切削速度再增高,切削温度反而降低,在切削过程中产生的热量进入切削并从工件处被带走。
试验条件下的测试证明了在大多数应用情况下,切削时工件温度的上升不会超过3℃。
相应地,在已给定的金属切除率下,当切削速度超过某一数值之后,实际切削力会近似保持不变。
经过理想的高速加工后,切屑变形及其收缩加工的实现与应用对航空制造业有着重要的意义。
高速加工自身必须是一个各相关要素相互协调的系统,是多项先进技术的综合应用,为此机床厂商应进行大力的开发研制,推出与高速加工相关的新技术设备。
二、数控高速加工的发展现状实用的高速加工技术跟随引进的先进数控自动生产线、刀具(工具)、数控机床(设备),在机械制造业得到广泛应用,相应的管理模式、技术、理念随之融入企业。
在我国航天、航空、汽轮机、模具等行业,程度不同地应用了高速加工技术,其间的差距在于国家对该行业投入资金、引进政策等支持的多少,以及企业家们对高速加工系统技术认识的深浅。
相对于汽车制造业而言,这类机械制造行业基本上是属于工艺离散型制造业。
其高速加工技术主要表征在对高速数控机床与刀具技术的应用上。
目前国内已引进的加工中心、数控镗、铣床主轴转速一般≤8000r/min(极少有12000r/min),快进速度≤40m/min。
对铸铝、锻铝合金体、高强度铸铁和结构钢件,多采用超细硬质合金、涂层硬质合金刀具材料和标准结构的各类刀具加工。
超硬刀具材料及专用结构刀具应用还较少,加之机床主轴转速偏低,一般不能进入高速切削领域。
以铣削加工为例,这些行业加工铝合金工件:切削速度1000m/min,进给速度15m/min,每齿进刀量0.35mm。
车削:切削速度700m/min。
铣削铸铁、结构钢(含不锈钢)工件:切削速度500m/min,进给速度10m/min,每齿进刀量0.3mm。
高速切削加工技术论文(2)高速切削加工技术论文篇二浅谈高速切削加工技术的发展摘要:高速切削技术是近十几年来迅速崛起的一项先进制造技术,已成为现代制造业的重要组成部分。
从高速切削的特点和机理入手,分析这项高新技术发展状况和目前的应用。
关键词:高速切削;机床;刀具高速切削是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工因此,有时也称为超高速切削Utra一ligh Speed Machining)。
高速切削是一个相对的概念,当使用不同的加工方法和工件材料与加工刀具时,Hsc的切削速度会有很大的不同。
高速切削强调的是高的速度,即要有高的主轴转速,高速切削中的高速不是一个技术指标,而应是一个经济指标。
高速切削时由于切削速度的大幅度提高,决定了高速切削具有以下特点:一是生产效率提高;二是切削力降低;三是工件的热变形减小;四是工件振动减小;五是可加工各种难加工材料;六是生产成本降低。
一、高速切削的机理在高速切削过程中,由于切削速度足够快,使应变硬化来不及发生,变形只发生小范围内会使切削力小于传统速度的切削力。
高速切屑变形机理在很大程度上与热量有关,随着切削速度的增加,切屑流受到的阻力减小,从而使切屑变薄、切削力减小。
高速切削机理主要包括高速切削中切削力、切削热变化规律.刀具磨损的规律.切屑的成型机理以及这些规律和机理对加工的影响。
目前对铝合金的高速切削机理的研究与应用比较成功,但对黑金属和难加工材料的高速切削机理的研究与应用尚处于不断探索之中,应用也是在不成熟的理论指导下进行。
另外,高速切削机理的研究与应用已进入钻铰、攻丝等的切削方式中,但还处于探索阶段。
随着科学技术的发展,对高速切削的切削力、切削热、切屑成型、刀具磨损、刀具寿命、加工的精度和表面质量等的变化规律将做更加深入的分析与研究。
二、高速切削的发展高速切削缘起自航空铝合金零件的加工。
在该领域,高速加工主要用于铣削高强度铝合金整体构件、薄壁类零件,切除其90%,的材料。
探析数控高速加工技术综述数控高速加工技术是一种高效的加工方法,在制造业中得到了广泛应用。
其主要优点是可以提高加工精度和效率,降低加工成本。
本文将探析数控高速加工技术的相关概念、应用、发展以及存在的问题。
一、概述数控高速加工技术是指采用数控加工设备,结合高速切削工具,进行高速、高效、高精度的自动化加工过程。
相对于传统的机械加工方法,数控高速加工技术不仅可以提高加工精度,而且可以缩短加工周期,降低成本,提高生产效率和竞争力,具有重要的应用价值和发展前景。
其主要应用于航空航天、汽车、模具、光学、医疗等领域。
二、应用数控高速加工技术的应用范围很广,主要包括以下几个方面:1.航空航天航空航天是数控高速加工技术应用的主要领域之一。
在制造飞机部件时,数控高速加工技术可以快速地完成复杂曲面的加工,提高加工精度和表面质量,保证飞机部件的质量和性能。
2.汽车制造在汽车制造行业,数控高速加工技术主要应用于汽车发动机的制造和零部件加工,以及其他大型机械设备的加工和维修。
利用数控高速加工技术,可以提高汽车发动机的工作效率和稳定性,降低噪音和污染,保证汽车的安全性和质量。
3.光学制造在光学行业,数控高速加工技术主要应用于光学元件的制造和加工。
利用数控高速加工技术,可以制造出高精度、高稳定性的光学元件,提高光学设备的精度和性能,满足不同领域的应用需求。
4.医疗制造在医疗行业,数控高速加工技术主要应用于人工骨、植入物等医疗设备的制造和加工。
利用数控高速加工技术,可以使医疗设备更加精确地适应不同的人体部位和病情,提高医疗治疗的效率和安全性。
三、发展趋势随着科技的不断发展和制造业的升级换代,数控高速加工技术也在不断地发展和完善。
未来数控高速加工技术的发展可能会朝着以下几个方向发展:1.高速切削目前数控高速加工技术的切削速度一般在500 m/min以上,但是随着材料的不断进步和加工工具的不断改进,未来数控高速加工技术的切削速度可能会更快,达到1 000 m/min以上。
钛合金高速切削残余应力国内外发展和研究现状钛合金高速切削残余应力的研究与应用是当前制约钛合金高速切削加工的关键问题。
下面将从国内外的发展和研究现状两个方面进行探讨。
一、国内外的发展现状1. 国外发展现状在国外,钛合金高速切削残余应力的研究已经非常深入。
国外相关领域的专家学者在理论研究和实验方面都取得了较为显著的成果,特别是在研究高速切削加工过程中如何减少或消除残余应力方面。
在国外主要有以下几个方面的发展:(1)针对不同类型的钛合金,比如Ti-6Al-4V、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-5Al-2.5Sn等的高速切削残余应力进行研究;(2)利用有限元分析和试验研究手段,深入探讨高速切削加工过程中残余应力的形成机理、分布规律以及影响因素等方面的问题;(3)研究加工工艺参数对高速切削残余应力的影响,通过优化切削参数来控制和减小切削残余应力的大小。
2. 国内发展现状我国在钛合金高速切削残余应力的研究方面也在不断地推进。
近年来,国内许多学者都在从不同角度研究该问题。
然而,与国外相比,国内的研究还存在一些不足之处,主要体现在以下几方面:(1)对于不同种类的钛合金的高速切削残余应力分布规律还缺乏明确的了解;(2)在研究过程中,国内还没有建立完整的高速切削残余应力试验体系;(3)国内有限元分析手段在高端仿真方面的软硬件设备和技术仍十分薄弱。
二、国内外的研究现状1. 国外研究现状国外的研究围绕高速切削加工过程中残余应力的影响因素展开,主要可以分为以下几个方面:(1)刀具形状和结构对残余应力的影响;(2)切削参数对残余应力的影响,如铣削速度、深度、进给等;(3)切削液对高速切削残余应力的影响;(4)材料属性对高速切削残余应力的影响。
2. 国内研究现状国内在研究高速切削残余应力方面的主要探索包括以下几个方面:(1)研究残余应力与材料热力学特性、金相组织特性、加工工艺参数之间的关系;(2)研究高速切削过程中切削液对残余应力的影响;(3)研究不同钛合金的高速切削残余应力差异。
2008/2/27/15:15 来源:慧聪网机床行业频道
切削加工是机械加工应用最广泛的加工方法之一,而高速是它的重要发展方向,其中包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。
高速切削能够大幅度提高生产效率和单位时间内材料切除率,改善加工表面质量降低加工费用。
高速切削的概念与高速切削技术
高速切削是一个相对概念,如何定义,目前尚无共识。
而且由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削范围,因而也很难就高速切削的速度范围给出一个确切的定义。
高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术均得到充分发展的基础之上综合而成的。
因此,高速切削加工是一个复杂的系统工程,涉及机床、刀具、工件、加工工艺过程参数及切削机理等诸多方面。
2 高速切削技术国外发展现状
从德国Carl. J. Salomon博士提出高速切削概念,并于同年申请了专利以来,高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、高速切削应用探索阶段、高速切削的初步应用阶段、高速切削的较成熟阶段等四个阶段,现已在生产中得到推广应用。
特别是20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力,研究开发高速切削技术及相关技术,发展迅速。
国外近几年来高速加工机床发展迅速,美国、法国、德国、日本、瑞士、英国、加拿大、意大利等国家相继开发了各自的高速切削机床。
高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术,通常采用主轴、电动机一体化的电主轴部件,实现无中间环节的直接传动,主轴支承一般使用陶瓷轴承、静压轴承、动压轴承、空气轴承以及油0气润滑、喷射润滑等技术,也有使用磁力轴承的。
进给系统则开始采用直线电动机或小导程大尺寸高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠,以提供更高的进给速度和更好的加、减速特性,最大加速度可达2~10g。
CNC控制系统则使用多片32位或64位CPU,以满足高速切削加工对系统快速数据处理能力的要求,并采用前馈和大量超前程序段处理功能,以保证高速加工时的插补精度。
采用强力高压、高效的冷却系统以解决极热切屑问题。
采用温控循环水(或其它介质)来冷却主轴电动机、主轴轴承、直线电动机、液压油箱、电气柜,有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件。
采取更完备的安全保障措施保证机床操作者及机床周围现场人员的安全,避免机床、刀具、工件及有关设施的损伤;识别和避免可能引起重大事故的工况;保证产品产量与质量。
研究工件的材料特性对加工方法的影响,一些难加工材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等,在高速条件下变得易于切削。
另外,不同材料最佳切削速度也不同,工件材料还是选择刀具及加工参数的重要依据,一般在高速加工中,宜采用高转速、中小切深、快进给、多行程,但是在高速加工的工艺参数选择方面,目前国际上没有面向生产实用的数据库可以参考。
高速切削机理的研究主要包括高速切削过程中的切屑成形机理、切削力、切削热变化规律及刀具磨损机理对加工效率、加工精度和加工表面完整性的影响规律。
目前对铝合金的高速切削机理研究,已取得了较为成熟的结论,并已用于指导铝合金的高速切削生产实践。
但对黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理研究尚在探索阶段,其高速切削工艺规范还很不完善,是目前高速切削生产中的难点,也是切削加工领域研究的焦点。
另外,高速切削已进入铰孔、攻丝等的应用中,其机理也都在不断研究之中。
就目前而言,对高速切削时的切削力、切削温度、刀具磨损与刀具寿命、加工表面质量与加工精度的变化规律还需要做更加深入的研究和探讨。
高速切削在国内的研究及应用起步较晚,但进入20世纪90年代以来已普遍引起关注。
目前全国大约有300多万台机床,大部分还是通用机床,数控机床包括经济型在内大致占10%左右,在航空、航天、汽车、模具、机床和工程机械等行业进口数控机床和加工中心占了较大比例。
现在国内10000~15000r/min的立式加工中心和18000r/min的卧式加工中心已开发成功并生产问世,生产的高速数字化仿形铣床最高转速达到了40000r/min,3500~4000r/min的数控车床和车削中心已成批生产,8000r/min的数控车床也已问世。
高速机床的高档数控系统和开放式数控系统正在深入研究中,但目前主要还是依赖进口。
目前国内正逐步开始推广应用高速切削技术,主要是应用在航空航天、模具和汽车工业,加工铝合金和铸铁较多,但采用的刀具以进口为主。
国内刀具材料目前仍以高速钢、硬质合金刀具为主,先进刀具材料(如涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具等)虽有一定基础,但应用范围不够广泛。
总的来说,切削速度普遍偏低,切削水平和加工效率较低。
高速切削基础理论研究起步较晚,80年代以来,国内对陶瓷刀具高速硬切削时的切屑形成、切削温度、切削力、刀具磨损与破损、刀具寿命和加工表面质量等规律进行了系统研究,并已在生产中得到较多应用。
自90年代以来,对高速切削铝合金、钢、铸铁、高温合金、钛合金等的切削力、切削温度、刀具磨损与破损和刀具寿命进行了一定研究和探讨,但还没有进行全面系统的研究。
对切削加工过程的监控技术研究较多,但投入生产使用的较少。
附表各种加工方法的高速切削速度范围加工方式切削速度(m/min)
车削700~7000
铣削300~6000
钻削200~1100
拉削30~75
铰削20~500
磨削5000~10000
4 高速切削的应用
由于高速切削机床和刀具技术及相关技术的迅速进步,高速切削技术已应用于航空、航天、汽车、模具、机床等行业中,车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削铝合金、钢、铸铁、钛合金、镍基合金、铅、铜及铜合金、纤维增强的合成树脂等几乎所有传统切削能加工的材料,以及传统切削很难加工的材料。
刀具材料主要使用碳素工具钢、超高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金刚石、人工金刚石、聚晶金刚石等。
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业、工件本身或刀具系统刚性不足的加工领域及加工复杂曲面的领域。
不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范围。
不同加工方式高速切削线速度的范围见附表,附图所示为几种常见工件材料高速铣削时的速度范围。
高速切削还在进一步发展中,预计铣削加工铝的切削速度可达到10000m/min,加工铸铁可达到5000m/min,加工普通钢也将达到2500m/min;钻削加工铝切削转速可达到30000r/min,加工铸铁达到20000r/min,加工普通钢达到10000r/min。
5 高速切削存在的问题及发展展望
高速切削是切削加工发展的主要方向之一,它除依赖于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件等基础技术的发展外,自身亦存在着一系列亟待攻克的技术问题,如刀具磨损严重,高速切削刀具切入切出时破损问题,高速切削用刀具材料价格昂贵,铣、镗等回转刀具及主轴需要动平衡,刀具夹持要牢靠安全,主轴系统昂贵且寿命短,而且所用高速加工机床及其
控制系统价格昂贵,使得高速切削的一次性投入较大,这些问题制约着高速切削的进一步推广应用。
高速切削发展趋势和未来研究方向归纳起来主要有:(1)新一代高速大功率机床的开发与研制;(2)高速切削动态特性及稳定性的研究;(3)高速切削机理的深入研究;(4)新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究;
(5)进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围;(6)开发适用于高速切削加工状态的监控技术;(7)建立高速切削数据库,开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术;(8)基于高速切削工艺,开发推广干式(准干式)切削绿色制造技术;(9)基于高速切削,开发推广高能加工技术。
6 结语
发展先进制造技术,振兴我国制造业,迎接新世纪的挑战乃是建立强大工业国家的根本。
高速切削技术是先进的制造技术,有广阔的应用前景。
推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量,降低成本,而且可以带动一系列高新技术产业的发展。
加强高速切削技术的基础研究,建立高速切削数据库、高速切削安全技术标准,提高机床和工具行业的开发创新能力,加快高速切削刀具系统、高速切削机床系统的研究开发与产业化,已是当务之急。