超高速切削技术论文
随着社会的不断进步,技术的日益完善,人们对超高速切削加工技术有了更高的要求。这是小编为大家整理的超高速切削技术论文，仅供参考!
超高速切削技术论文篇一
超高速切削的技术体系、技术现状和发展趋势
摘要 沿袭数十年的普通数控机床的传动与结构已远远不能适应要求，必须进行全新设计。因此，有人称高速与超高速机床是2l世纪的新机床，其主要特征是实现机床主轴和进给的直接驱动，是机电一体化的新产品。
关键词 超高速切削;技术;体系;现状;发展
中图分类号TG506 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)72-0124-02
现代工业技术的发展技术不断发展，车床加工的工艺也逐渐向精细化、自动化发展。在这种环境下，机床材料与结构、机床设计、快速给进系统、自动化制造技术、高性能刀架系统、高速轴承系统、高性能切削技术、高性能刀具等多方面的软硬件技术充分发展，以此为基础综合发展而出现了较为复杂的工业系统工程的高速切削技术。
1 超高速切削技术的优越性
在现代工业科学技术的不断发展进步中，高速与超高速切削刀具与机床设备等关键技术取得了突破性的进展，使得朝高速切削工艺逐渐走向成熟。超高速切削工艺技术不断进步，切削速度范围不断扩展，在实际的生产应用过程中，铝合金的超高速切削速度已经能够达到每分钟1 500m～5 500m，铸铁的超高速切削速度为每分钟750m～4 500m，普通刚的切削速度为每分钟600m～800m，给进速度达到每分钟20m～40m。随着现代工艺的发展，超高速切削的技术还在不断发展，实验室中铝合金的切削速度已经超过了每分钟6 000m，给进加速度已经能够达到3倍重力加速度。超高速切削的具体特点与优势包括以下几点。
1.1 可提高生产效率
在机床加工的切削过程中，生产效率的提高是核心。而生产效率的主要影响因素包括加工系统的自动化程度、机床机械的动作时间与辅助加工时间。根据文献资料，机床主轴给进与转动的速度大幅度提高，使得加工时间减少一半，从而简化了机床的机械结构，减少了1/4的零件数量，简化了维护的过程。
1.2 可获得较高的加工精度
现代机械技术的发展，减少了1/3以上的切削力，使得工件的加工精度增加。由于减少了变形程度，降低了切削热量向工件的传导，能够使工件的温度加热程度减少，减少了热变形程度，从而提高了加工精度。在大型薄板件、框架见、薄壁槽型件的加工过程中，要实现加工过程的高效率与高精度，主要的有效加工方式即为超高速切削。
1.3 能获得较好的表面完整性
生产效率不断提高的工艺改进中，能够实现进给量的减少，以较小的进给量增加加工表面的光滑程度，同时切削力改变幅度降低且减少切削力的作用，工艺系统的固有频率相比机床激振频率小很多，所有振动对加工工件表面质量的影响较小，切削热传人工件的比率大幅度减少，加上表面的受热时间短，切削温度低，加工表面可保持良好的物理力学性能。
2 超高速磨削技术的现状与发展趋势
20世纪60年代初，高速磨削的砂轮速度曾一度达到90m/s，但更多的还是在45m/s～60m/s之间使用。20世纪70年代初，高速磨削在各工业发达国家得到较快的发展，砂轮圆周速度基本达到80m/s～90m/s，少数磨床砂轮线速度达到120m/s。高速磨削作为最早开发应用的一种高效磨削技术曾风靡一时，但是，高速磨削并未按原先预料的方向发展。通过研究，高速磨削时，一方面由于磨屑厚度变小，磨削能会增加，磨削热增加;另一方面磨削液难以进入磨削区，使传入工件的热流比例增大。这就使工件受热变形和表面烧伤等成为限制砂轮速度进一步提高的主要因素。此外，早期的高速磨削技术在当时技术水平下还受到了普通砂轮的强度、普通磨料的耐磨性、机床结构和成形砂轮修整等多方面因素的制约。高速磨削技术在一段时间内发展缓慢，只是在对磨削温度没有限制的高效磨中，砂轮速度发展到120m/s。在20世纪50年代末，德国的ELB磨床公司首创了另一种高效磨削加工方法——缓进给磨削，即砂轮的线速度保持普通磨削时的水平，而加大切削深度，降低工件进给速度，使砂轮像铣削那样工作，从而提高材料去除率，获得磨削的精度和表面粗糙度。缓进给磨削几乎是同高速磨削同时发展起来的一种高效磨削技术。自1963年缓进给磨削机床正式投入工业应用以来，一直受传统砂轮速度(u。<35m/s)的限制。人们普遍认为高砂轮速度不适合于深磨场合，因为砂轮速度的提高会引起磨削温度上升，导致磨削烧伤的危险性增加。
1979年，德国的P.G.Wemer博士预言了高效深磨区存在的合理性，Wemer在试验基础上将缓进给磨削的深磨机制推广到高速磨削领域，提出了高效深磨的新概念。该磨床成功应用于螺杆齿轮、丝杠、工具沟槽、转子槽、齿槽等零件的机械加工中，用磨削加工代铣加工。在这种情况下，外界才真正开始意识到HEDG技术的巨大能量，并受到全世界的极大关注。HEDG技术将传统的磨削加工工艺提高到了难以想象的程度，材料去除率Q+达到50-1000m3/(mm·s)，磨削比一般在20 000以上。这种技术能够实现零件毛坯到成品的直接加工，同时结合粗加工与精加工，与传统铣削、车削加工工艺相比较，极大程度提高了加工效率、缩短了加工时间。HEDG真正使磨削实现了高效优质的结合，因而被誉为磨削技术发展的高峰。近年来，随着人造金刚石和立方氮化硼超硬磨料砂轮的推广应用和高速磨削机制研究的进一步深入，高速磨削得以再度兴起，并实现了砂轮线速度高于普通磨削5倍～6倍的超高速磨削。20世纪80年代末期，市场上已出现了80m/s～120m/s的磨床，实验室的磨削速度已达230m/s。德国居林公司已制造出砂轮线速度为14m/s～160m/s的CBN磨床，现在工业上实用磨削速度已达到了150m/s～250m/s，实验室中达到400m/s，并表现出非常优异的磨削效果。
3 结论
超高速切削对机床结构的要求是最基本的关键技术，其技术包括直线驱动告诉进给系统、主轴结构改进单元、数字控制与伺服驱动的高性能系统、超高速切削刀具技术工艺与配套系统、实时监控系统、稳定的安全装置、高效的冷却系统、高阻尼和高刚度的机床床体结构、方便可靠的换刀装置、良好的动态特性和热特性。
此外，超高速切削工艺也非常重要，忽视这点也很难实现高速与超高速切削。
参考文献
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[2]陈炜.现代机械加工中高速切削的应用[J].太原科技，2003(4)：80-81，83.
超高速切削技术论文篇二
超高速切削加工技术研究
摘要：随着社会的不断进步，技术的日益完善，人们对对切削加工技术有了更高的要求。世界不同的国家都在切削技术上投入了大量的人力、物力、财力。切削加工技术手段在不断地进步，高速切削加工技术正是在这种趋势之下产生的，并以极高的切削速度、加工精度、加工质量、进给速度而闻名业界。超高速切削加工技术不但可以切削金属、纤维强化合物，还在航空航天等高端领域得到广泛应用。超高速铣削加工技术以其独特的性能，具有广阔的市场，成为世界各国争先研究的关键技术。本文对超高速切削加工技术研究内容和发展趋势进行了简单的概述。
关键词：切削加工;超高速切削;技术
中图分类号：V261.5+1文献标识码：A
1超高速切削加工的概念
高速切削理论最早始于1931年，是由德国学者Carl.J.Salomon所提出的一种假设，这种假设引起了机械制造业的极大兴趣，Carl.J.Salomon认为，所有被加工材料都有一个临界切削速度，切削温度和刀具磨损程度的变化类似一个抛物线，抛物线的最顶点则为临界切削速度。切削温度和刀具磨损程度的变化在切削速度逐步接近临界切削速度的过程中，切削温度和刀具的磨损程度都在不断增大。当切削速度超过临界切削速度之后，切削温度和刀具磨损反而随切削速度增大而减小。经过科研工作人员的不断努力和反复实验研究，这种假设已变成实用技术，被逐步运用到机械制造工业领域。
与普通切削相比高速切削对工件材料的切削速度是其几倍或几十倍，目前学界对高速切削并无准确的定义，从高速切削的特点出发，一般有以下几种定义方式：①是指高切削速度的切削;②是指高主轴转速的切削;③是指高进给速度的切削;④是指高进给的高速切削;⑤是指高生产率的切削。高速切削的范围并不固定，根据被切削材料的不同，高速切削的范围会有所不同。
2超高速切削加工的特点
高速、超高速切削的特点主要表现在他与普通切削加工技术的不同上，具体表现在以下几个方面：
第一、生产效率大大提高。超高速切削在切削材料时极大地缩短了机动时间和辅助时间、使因为切削而消耗的时间缩短了近一半左右。极大地提高了机械制造过程中切削工作效率，缩短了机械制造工期。
第二、材料切削加工精度更高。高速切削单位切削力较同样的切削层参数，单位切削力明显要小很多。同时切削力还可在保持高效率的同时适当减低进给量，使减幅进一步加大，大大降低了工件切削过程中产生变形的机率。同时，高速切削使传入工件的切削热的比例大幅度降低，加工表面受热时间短、切削温度低，因此，热影响区和热影响程度都较小。有利于提高加工精度，有利于获得低损伤的表面结构状态和保持良好的表面物理性能及机械性能。特别是对于大型框架件、薄壁件、薄壁槽形件的高精度高效加工，高速铣削是目前唯一有效的方法。
第三、能获表面较好的完整性。在对机械材料进行高速切削时，高速切削一方面保证了切削工作的生产效率，另一方面它采用的进给量较小，使得加工表面变得较为光滑。在高速切削的过程中，切削力度和变化幅度都很小，而且机床的激振频率远高于切削工艺系统的固有频率，加工表面受切削震动的影响较小，大部分合成材料有多种化合物混合加工而成，再经切削产生的高温热量的情况下，容易改变材料的性能，高速切削以其高速、低热传入比率，可使受加工材料表面保持稳定的物理性能。
3实现超高速切削的关键技术
高速、超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、高速切削工艺等相关的硬件与软件技术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，由机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控及切削机理等方面形成了高速切削的相关技术。
3.1高速切削刀具技术
超高速铣削时，刀具与材料之间摩擦产生的切削热量与刀具所受到的磨损程度都要比普通的切削高得多，为此，对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、强硬度、高韧性、化学性能稳定性、耐高热性等性能方面具有其超出一般切削的刀具的特有属性。
目前新兴刀具材料的种类很多，但同时兼具上述性能的材料却很难找到。因此，在具有比较好的抗冲击韧度的刀具材料的基体上，再加上高热硬性和耐磨性镀层的刀具是刀具技术发展的重点。另外，综合切削性能非常好的高速加工刀具，还可以通过CBN和金刚石等硬度很高的材料烧结在抗冲击韧度好的硬质合金或陶瓷材料的基体加工得到。
3.2高速切削工艺
高速切削作为一种新的切削方式，目前，尚没有完整的加工参数表可供选择，也没有较多的加工实例可供参考，还没有建立起实用化的高速切削数据库，在高速加工的工艺参数优化方面，也还需要作大量的工作。高速切削NC编程需要对标准的操作规程加以修改。零件程序要求精确并必须保证切削负荷稳定。多数CNC软件中的自动编程都还不能满足高速切削加工的要求，需要由人工编程加以补充。应该采用一种全新的编程方式，使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线。
3.3高速切削机理
目前对于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高速切削生产实践。而关于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。正开展的研究工作主要包括铸铁、普通钢材、模具钢、钛合金和高温合金等材料在高速切削过程中的切屑形成机理、切削力、切削热变化规律及刀具磨损对加工效率、加工精度和加工表面完整性的影响规律，继而提出合理的高速切削加工工艺。另外，高速切削已进入铰孔、攻丝、滚齿等应用中，其机理也都在不断研究之中。
4超高速切削加工的研究内容及发展趋势
目前高速切削技术的研发已经取得的巨大的成就，但随着机械制造材料的不断更新，高技术合成材料的不断出现，使得对高速切削技术有了更高的要求，超速切削技术将在如下几个方面应继续发展：
第一，在重切削工艺中进行超高速切削
所谓重切削是指对大型或重型零件所进行的切削加工，这种切削要求超高速切削必须兼具高功率、大切深、重负荷、长时间等高标准、严要求，重切削所要求的超高速切削难度更大，工作更复杂。重切削在我国大型设备制造业领域具有重要的地位，它是提高设备加工效率的关键。为此我们的研究开发方向要倾向于重切削领域的超高速切削研究。
第二、难加工材料的超高速切削
切削难加工材料具有切削温度高、导热性差、刀具磨损快等特性，为此它对切削刀具材料具有特殊要求。难加工材料的相对切削加工性极低，目前对对机械制造中的难加工材料大多只能采用很低的切削速度。只有不断深入研究，努力发现难加工材料所具有的特性，找到适合高速切削各种难加工材料的超硬刀具材料，开发出新的高速刀具切削系统，才能破解难加工材料切削的困境。
第三、基于新型检测技术的加工状态监控系统
基于进给速度和主轴转速的极大提高，使得对监控系统的灵敏性、可靠性、和瞬时反应性提出了新的要求，机械设备切削工况监控任务更加重要。如超高速切削刀具磨破损、磨具的修整等状态监控系统及保证快速反应替换的刀具管理系统软件，刀具磨损破损监控系统的智能化。开发对超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件和驱动控制系统的监控技术，对超高速切削过程中的工件加工精度、加工表面质量及安全状态的在线监控技术是研究的重点。
参考文献
[1]张忠科.高速硬切削技术及刀具的合理选择[J].工具技术，2007，1.
[2]艾兴.高速切削技术和刀具材料现状与展望.21世纪机械技术新视野论坛，2001，6.