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高速切削参数优化加工技术的应用

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高效数控加工 High-Effective NC Machining
高速铣削加工动力学仿真
高速切削加工要有高的主轴转 速，一般主轴转速在 10000~20000r/ min 以上的为高速切削；进给速度 很高，通常达 15~50m/min，最高可达 90m/min。
但是如果在加工中单纯地提高 机床的主轴转速和进给速度后，就会 带来铣切加工过程中刀具或工件的 振动，即颤振现象。颤振是金属切削 过程中刀具和工件之间产生的一种较 为强烈的自激振动现象。颤振的出现 会导致切削力峰值明显增加，使加工 表面粗糙度和尺寸精度明显下降，严 重时会使刀具破裂，主轴受损；此外通 常会对加工环境造成一定污染 [3]。
· 结构复杂，加工难度大。整体 壁板的底面为机翼理论外形，长桁沿 机翼型面法向分布，尤其是中外翼壁 板蒙皮是变厚度的。理论上外型面 与翼弦面不平行。长桁、肋等与壁板 底面呈变角状态。
A A
A
10800
B
B
B
A -A
（比例 3：1）
A向
B向
（比例 3：1）（比例 3：1）
B -B （比例 3：1）
80 606
高速切削加工技术是在机床结 构及材料、高速主轴系统、快速进给 系统、高性能 CNC 控制系统、机床设 计制造技术、高性能刀夹系统、高性 能刀具材料及刀具设计制造技术、高 效高精度测试技术、高速切削加工理
68 航空制造技术·2011 年第 23/24 期
论、高速切削加工工艺等诸多相关硬 件与软件技术均得到充分发展的基 础上综合而成的。它具有加工效率 高、切削力小、加工精度和表面质量 高等特点，已在航空、航天、汽车、模 具和精密机械等行业得到了广泛应 用，并取得了重大的经济效益。
· 材料去除率大。整体壁板的
材 料 采 用 俄 铝，1973T2 和 1611T， 预拉伸挤压板材。材料最大尺寸为 11000mm×9000mm×800mm，毛 料 最重达 2.5t，材料价值高，材料去除 率为 90% 左右。
· 易变形。零件结构复杂，厚度 尺寸变化大，零件最厚处为 67mm， 最薄处仅为 2.5mm。从结构刚性来 看，有的局部刚性很强，而有的局部 刚性很弱，加工时材料内部应力释放 不均匀，零件变形不易控制。
夏斌 工程师，中航工业陕飞公司工艺处
机加工艺组组长，长期从事飞机机械制 造技术研究工作，参与了多个国家重点 型号的研制子项目课题的研制。曾获得 原中航二集团科技进步二等奖和三等奖 各 1 项。
为 满 足 现 代 飞 机 隐 身、超 声 速 巡航、超常规动、高信息感知能力、 长寿命、结构轻量化等方面的性能要 求，设计中大量采用了新技术、新结 构、新材料，结构件也日趋向尺寸大型 化、结构复杂化、制造精确化发展 [1]。 结构件的发展趋势决定了其工艺特
年度论坛 FORUM OF THE YEAR
高速切削参数优化加工技术 的应用
Application of High-Speed Cutting Parameter Optimization Process Technology
中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司 夏 斌 苏卫华 黄官平
随着高速切削技术的发展，高速切削加工以其加工效 率高、切削力小、工件的热变形和热膨胀小、加工表面质量 好、经济效益高及适宜加工复杂和细长薄壁件等独特优势， 被广泛应用于航空航天整体结构件的加工中。
点：结构复杂，加工难度大；切削加 工量大；薄壁，易变形；零件制造精 度要求高等。对此类航空整体结构 件实现高精度、高效率和高可靠性的 切削加工一直是航空制造业面临的 一个重要课题。随着高速切削技术 的发展，高速切削加工以其加工效率 高、切削力小、工件的热变形和热膨 胀小、加工表面质量好、经济效益高 及适宜加工复杂和细长薄壁件等独 特优势，被广泛应用于航空航天整体 结构件的加工中 [2]。
高速切削加工技术的核心是切 削参数的仿真优化。高速切削参数 的探索经历了从照搬普通切削加工 参 数 ( 加 工 效 率 低，薄 壁 加 工 表 面 质量差 )，采用试切方法获取高速加 工切削参数（能满足质量要求，效率 有所提高，成本高，周期长）的过程。 目前在国内，多数航空企业采用了基 于动力学仿真技术优化切削参数的 方法，改变了传统获取切削参数的方 法。
而基于动力学仿真的高速数控 加工参数优化技术是通过对“主轴 + 刀具（几何、材料）+ 工件（材料）”构 成的数控加工工艺系统进行系统模 态参数测试和切削过程动力学仿真 计算，获取切削力、切削扭矩、主轴功 率、切削颤振稳定域等力学信息，并 通过切削参数优化软件实现对高速 数控加工切削参数的优化 [4]。
如何解决上述问题成为高速切 削研究的难题，于是北京航空航天大 学通过对高速切削加工出现颤振的 问题进行了研究，提出了基于动力学 仿真的高速切削加工参数优化的理 论，通过找到切削的颤振稳定域后， 对切削参数进行优化，解决了高速切 削带来的颤振问题。颤振稳定域即 为在频域内对铣削过程颤振的稳定 性进行计算，给出切削过程的稳定区 域（主轴转速、切削深度）[3]。
高速铣削加工动力学仿真主要 是利用数控机床加工动力学特性测 试分析系统（DynaCut 软件）生成频 响函数和模态参数，然后在铣削加工 动力学仿真系统（SimutCut 软件）中， 结合频响函数和模态参数进行颤振 稳定域和时域仿真，获取切削力 / 切 削转矩 / 切削功率 / 切削厚度等时域
信息和颤振稳定域曲线，并输出仿真 数据表格文件，最后根据仿真数据表 格文件选择优化的切削参数，使零件 在加工过程中选取最佳的机床转速、 切削深度等切削参数 。 [5-8]
85 图1 中外翼整体壁板示意图
B
A
72
B 4570
A
A -A
B -B
高速切削加工技术在大型 复杂整体壁板上的应用
1 整体壁板简介 陕飞公司某型机整体壁板，采用
了大尺寸、大厚度、变截面带长桁、带 维修口框网格状设计，中央翼长度近 4.6m，中 外 翼 长 度 近 10.8m，采 用 上 三下五整体壁板分块布局，全机共有 24 块壁板。壁板结构如图 1、图 2 所 示，且存在下列难点：

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高速切削机床中UGNX加工技术的应用

高速切削机床中UGNX加工技术的应用

高速切削机床中UGNX加工技术的应用摘要本文针对高速切削机床中一些加工技术，着重就ugnx加工技术进行了阐述和分析，通过对建立加工参数库的方法的探究，以及对建立加工参数库的案例进行分析，就使用切削工艺的具体参数值进行了论述。

关键词加工参数库；高速切削；ugnx中图分类号tg506 文献标识码a 文章编号1674-6708（2012）58-0144-01高速切削有别与传统的常规加工方法，其区别可以体现在刀柄、机床、对刀具材料的选择、与控制系统和加工工艺等各个方面。

可以说，它是一个全新的系统技术。

鉴于高速切削自身所特有的特性和在切削过程中控制的复杂性，以往通常使用的nc程序已经很难再适用于高速切削的复杂环境。

所以，我们需要把切削过程中的一切细节考虑周全，仔细研究数控编程在高速切削状态下的运行。

ugnx集成系统是高速切削技术和ugnx集成化完美结合的产物，它的运行与实现将大大的降低人工干预的几率，并缩短nc编程时间，这样不但提高了产品加工的效率，而且也改善了产品加工的质量。

目前，ugnx集成化已经毫无争议的成为了机械制造业的发展趋势。

1 建立加工参数库1.1 建立加工参数库的方法在数据库技术的支持下，我们使用ugnx 为加工参数库设置了一个专门的环境, 这样一来，就可以通过加工参数库取得、管理并且二次或者多次使用切削工艺中的大量参数知识，从而达到了用知识来驱动切削工艺中参数管理的目的。

想要建立起一个完备的加工参数数据库，首先要做的就是从具备丰富加工经验的工程师手中获取大量的有关加工工艺的参数信息。

其次就是要确定一组经过验证的有效的切削工艺参数作为信息资源，我们可以选取生产时间中的特定的，加工效果良好的加工工艺的切削条件，将此作为这组数据的来源。

这组数据应包括工件材料、刀具材料、以及切削方式等, 在该切削条件的基础上,在加工参数库设定切削深度、切削宽度、线速度、每齿进给量以及其它非切削运动的进给速度等, 就建设了加工参数库中的一部分有效信息资源。

CNC机床加工中的切削参数选择与优化

CNC机床加工中的切削参数选择与优化

CNC机床加工中的切削参数选择与优化在CNC机床加工中，切削参数选择与优化是至关重要的一步。

正确的切削参数可以保证工件的质量，提高加工效率，同时还可以延长刀具的使用寿命。

本文将探讨CNC机床加工中的切削参数选择与优化的要点。

一、切削参数的选择在选择切削参数时，需要考虑以下几个方面：1.工件材料不同的工件材料对切削参数有着不同的要求。

一般来说，硬度较高的材料需要选择较大的进给量和切削速度，以保证切削效果。

而对于较软的材料，则需要选择较小的进给量和切削速度。

2.刀具材料和形状刀具的材料和形状也会影响切削参数的选择。

硬质合金刀具通常适用于高速切削，而高速钢刀具则适用于低速切削。

此外，刀具的形状也会对切削参数产生影响。

例如，球头刀具适合进行曲面加工，而平头刀具适合进行平面加工。

3.加工精度要求不同的加工精度要求也会对切削参数产生影响。

如果要求加工精度较高，就需要选择较小的进给量和切削速度，以提高加工的精度。

而如果加工精度要求较低，可以适当增大切削参数，以提高加工的效率。

二、切削参数的优化切削参数的优化可以通过试切试验和仿真模拟两种方法来进行。

1.试切试验试切试验是一种直接测量和比较不同切削参数效果的方法。

通过试切试验，可以找出切削参数与加工表面粗糙度、切削力等因素的关系。

根据试切试验的结果，可以调整切削参数，从而达到优化加工效果的目的。

2.仿真模拟仿真模拟是通过计算机软件对切削过程进行模拟和分析的方法。

通过仿真模拟，可以在不进行实际加工的情况下对不同的切削参数进行比较和优化。

仿真模拟可以节省时间和成本，并且可以预测加工结果，为切削参数的选择和优化提供依据。

三、切削参数的优化策略在进行切削参数的选择和优化时，可以采用以下几种常用的策略：1.保证切削稳定性切削过程中的稳定性对于保证加工质量和提高加工效率至关重要。

因此，在选择和优化切削参数时，要避免过大或过小的切削速度和进给量，以保证切削过程的稳定性。

2.控制切削温度切削过程中会产生大量的切削热量，如果温度过高，可能会导致刀具磨损加剧和工件变形。

高速切削加工技术

高速切削加工技术


广东工业大学研究了高速主轴系统和快速进给系统 东北大学研究了高速磨削技术 成都工具研究所研究了高速切削刀具的发展和产业化等 尽管我国高速切削加工技术的研究还有待于全面深入，但 通过我国科技工作者的艰苦努力，高速切削加工和高速切 削机床的基础理论研究取得了令人鼓舞的成就，对促进我 国高速切削加工技术的发展起到了重大作用。
➢ 以切削速度和进给速度界定：高速加工的切削速度和 进给速度为普通切削的5～10倍。
➢ 以主轴转速界定：高速加工的主轴转速≥10000 r/min
➢ 高速切削是个相对的概念，是相对常规切削而言。高 速切削包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削和 大进给切削等。超高速加工的切削速度范围因不同的 刀具材料、工件材料和切削方式而异，目前，高速切 削的高速范围国内外专家尚无共识。
➢ 我国高速切削刀具材料已有很大的发展，特别是陶瓷刀具，而 且初步具备了开发高速切削刀具的能力 ➢ 但金刚石、立方氮化硼、TiC(N)基硬质合金(金属陶瓷)、涂层刀 具和超细晶粒硬质合金刀具的性能、品种与国外差距很大。 ➢ 高速切削刀具制造技术也相对落后，还没有形成自己特色的高 速切削刀具制造体系。
高速加工的切削速度范围
➢ 高速加工切削速度范围因不同的工件材料而异 ➢ 高速加工切削速度范围随加工方法不同也有所不同
➢ 车削： 700-7000 m/min ➢ 铣削： 300-6000 m/min ➢ 钻削： 200-1100 m/min ➢ 磨削： 50-300 m/s
塑料 铝合金 铜 铸铁 钢 钛合金 镍合金
10
100
1000
切削速度V（m/min）
高速与超高速切削速度范围
10000
➢ 自从Salomon提出高速切削的概念以来，高速切削技 术的发展经历了高速切削理论的探索、应用探索、初 步应用和较成熟应用等四个阶段。
数控机床的高速切削加工技术探究

数控机床的高速切削加工技术探究

数控机床的高速切削加工技术探究摘要：数控加工技术是对传统机械模具技工制造的一种全新的突破点。

数控加工技术不仅能够让机械模具的生产质量和生产精准度得到显著的提升，还能够降低大量的劳动力成本和生产成本，让企业获得最高的经济收益。

因此，在使用数控加工技术的过程中，工作人员必须要清楚地认识到技术的优势所在，能够根据生产模具的不同，选择科学、合适的数控加工技术。

在生产的过程中，高速切削加工技术占有重要地位，本文对高速切削加工技术应用进行了探索，希望对促进制造行业的稳定发展有所帮助。

关键词：数控机床；高速切削加工；机械制造0 前言随着工业化进程的加速，现代制造业对产品质量、效率和成本的要求越来越高。

传统的加工方式不仅效率低下，而且难以保证产品质量和精度，难以满足现代制造业的要求。

高速加工技术可以有效提高加工效率和精度，减少加工过程中的热变形和刀具磨损，同时也可以降低加工噪音和粉尘等污染物的排放。

因此，数控加工零件将会越来越多地应用高速加工技术。

1 影响工件变形的因素1.1 工件的结构及材料特性航空、航天及船舶领域存在大量的薄壁环形件，不同结构工件的强度、刚度存在着差异。

材料和力学性能不同，切削加工就会有很大差异。

1.2 工装夹具工装夹具对工件的变形影响很大。

零件若受夹紧力不均匀，则形位会发生变化，从而影响加工精度。

装夹变形的预防措施包括：①将径向夹紧方式改为轴向夹紧方式，避免松开零件后产生较大的变形。

②增加端面压紧点数量，使零件在机械加工过程中受力均匀，减小装夹变形。

1.3 切削参数根据零件特性选择合适的刀具和切削参数。

可以采用高速切削技术来降低加工时的切削力，以减小加工变形。

选择较小的吃刀量，以减小振动，从而保证加工精度。

2 数控加工技术与高速切削技术2.1 数控加工技术发展历程数控加工( Numerical Control Machining) 是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，通过计算机控制机床加工运动，用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法，实现对工件的高精度加工和批量化生产，也是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。