先進(jìn)切削加工技術(shù)綜述.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-先進(jìn)切削加工技術(shù)綜述山東大學(xué)劉戰(zhàn)強王兆輝劉逢時1引言20世紀(jì)80年代以來，隨著全球化市場競爭日趨激烈，為爭取技術(shù)優(yōu)勢，各國紛紛開展先進(jìn)制造技術(shù)的研究與開發(fā)。伴隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)一方面發(fā)展了以數(shù)控機床為基礎(chǔ)的自動化加工技術(shù)，另一方面發(fā)展了各種新的加工方法和加工工藝，比較典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削技術(shù)等。微機械(或微型裝置)是另一個新型研究領(lǐng)域，其加工技術(shù)的開發(fā)具有巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。虛擬切削加工技術(shù)是在計算機上借助虛擬現(xiàn)實、立體建模和仿真技術(shù)，檢驗產(chǎn)品的設(shè)計合理性和可加工性，對產(chǎn)品的加工過程進(jìn)行模擬與仿真，預(yù)測產(chǎn)品的加工質(zhì)量、制造周期、使用性能等，以便及時修改設(shè)計，縮短產(chǎn)品的研制周期，獲得最佳產(chǎn)品質(zhì)量、最低生產(chǎn)成本和最短開發(fā)周期。本文主要綜述(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削、虛擬切削加工技術(shù)的主要研究內(nèi)容及其關(guān)鍵技術(shù)。2高速切削加工技術(shù)提高切削速度一直是切削加工領(lǐng)域十分關(guān)注并為之不懈努力的重要目標(biāo)。雖然目前國內(nèi)外專家尚未對高速切削的切削速度的界定達(dá)成共識，但通常認(rèn)為高速切削的切削速度比常規(guī)切削速度高510倍以上。高速切削加工技術(shù)是在機床結(jié)構(gòu)及材料、機床設(shè)計制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計制造技術(shù)、高效高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件與軟件技術(shù)綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因此，高速切削加工是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，高速切削加工技術(shù)體系(見圖1)是機床、刀具、工件、加工工藝、切削過程監(jiān)控、切削機理等諸多方面的有機集成。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-圖1高速切削加工技術(shù)體系高速切削加工具有以下特點：切削力隨著切削速度的提高而下降；切削產(chǎn)生的熱量絕大部分被切屑帶走；加工表面質(zhì)量提高；在高速切削范圍內(nèi)機床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍。以上特點有利于提高生產(chǎn)效率；有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；有利于減少模具加工中的手工拋光；有利于減小工件變形；有利于使用小直徑刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工較大零部件；可替代其它加工工藝(如磨削)，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，隨著切削速度的提高，刀具壽命會下降。目前，航空制造業(yè)(尤其是大型整體鋁合金薄壁飛機結(jié)構(gòu)件的加工)、模具制造業(yè)、汽車制造業(yè)等行業(yè)均已積極采用高速切削加工技術(shù)。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體加工情況合理選用高速機床和加工工藝，不同的生產(chǎn)領(lǐng)域和加工對象對高速機床的性能要求和適用的工藝方法是有區(qū)別的。適于高速切削加工的工件材料包括鋁合金、鋼、鑄鐵、鉛、銅及銅合金等，隨著高速切削加工技術(shù)的發(fā)展，其適用材料的范圍已進(jìn)一步拓寬到模具鋼、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金、纖維增強合成樹脂等難加工材料?，F(xiàn)在，傳統(tǒng)切削工藝能夠加工的工件材料高速切削幾乎都能加工，而傳統(tǒng)切削工藝很難加工的工件材料(如鎳基合金、鈦合金、纖維增強塑料等)在高速切削條件下將變得易于切削。常用工件材料的高速切削速度范圍見表1。目前，高速切削加工技術(shù)主要應(yīng)用于車削和銑削工藝。隨著各類高速切削機床的開發(fā)，高速切削工藝范圍將進(jìn)一步擴大，高速切削將涵蓋所有的傳統(tǒng)加工范疇，包括從粗加工到精加工，從車削、銑削到鏜削、鉆削、拉削、鉸削、攻絲、滾齒等。各種加工工藝對應(yīng)的高速切削速度范圍見表2。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-表1不同工件材料對應(yīng)的(超)高速切削線速度范圍工件材料高速切削速度(m/min)超高速切削速度(m/min)纖維增強塑料100080008000鋁合金100070007000銅合金90050005000灰鑄鐵80030003000鋼50020002000鈦合金10010001000表2不同加工工藝對應(yīng)的高速切削線速度范圍加工工藝高速切削速度(m/min)車削7007000銑削3006000鉆削2001100拉削3075鉸削205003干切削加工技術(shù)在切削加工中，使用切削液對于降低切削溫度、斷屑與排屑、改善零件加工質(zhì)量均可起到重要作用，但同時也存在諸多弊端，例如：切削液系統(tǒng)的購置、使用與維護(hù)需花費大量資金，增大加工成本；切削液需定期更換、添加防腐劑等，增加了加工輔助時間；因切削液加注過程的不連續(xù)性及冷卻程度的不均勻性，使刀具產(chǎn)生不規(guī)則的冷、熱交替變化，容易使刀刃產(chǎn)生裂紋，引起刀具破損，從而降低刀具使用壽命；切削液是機械加工中的重要污染源，可污染空氣、水源和土壤，需花費大量資金進(jìn)行防護(hù)和治理；切削液中的有害物質(zhì)對工人的健康及安全也具有一定危害。為此，作為一種綠色制造工藝的干切削加工技術(shù)應(yīng)運而生。干式切削由于缺少切削液的潤滑、冷卻、沖洗和排屑斷屑等功能，導(dǎo)致刀具與工件、切屑之間摩擦加劇，切削力增大，切屑變形加劇，切削熱急劇增加，導(dǎo)致切削區(qū)溫度顯著升高，刀具耐用度降低，同時工件加工質(zhì)量不易保證。為使干切削加工可順利進(jìn)行，達(dá)到甚至超過濕切削時的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和刀具耐用度，就必須通過分析干切削的各種特定邊界條件和影-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-響干切削的各種因素，尋求相應(yīng)的技術(shù)解決方案及措施來彌補不使用切削液的缺陷。例如：干切削刀具材料必須具有極高的紅硬性和熱韌性、良好的耐磨性、耐熱沖擊和抗粘結(jié)性。聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料刀具、陶瓷刀具、涂層刀具等均可較好滿足干切削的要求。某些刀具涂層材料具有類似切削液的功能，可隔離切削熱，在較長時間內(nèi)保持刀尖硬度和鋒利性，使刀具材料不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，應(yīng)針對不同的工件材料和切削用量設(shè)計刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)和相應(yīng)的斷屑槽，以滿足干切削的加工要求。干切削對加工機床的特殊要求主要為保證快速散熱和快速排屑。目前，干切削加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鑄鐵、鋼、鋁、鈦、鎂等及其合金的切削加工。鑄鐵是適合干切削的典型加工材料，采用PCBN刀具干切削鑄鐵的常用切削用量見表3。PCBN刀具干車削灰鑄鐵時，前角一般選用-5-7，以承受較大的切削力；粗加工用PCBN刀片的刃口強化與主偏角、前角的配合十分重要；粗加工刀片的刃口倒棱幾何尺寸為-200.02mm，精加工刀片的刃口倒棱幾何尺寸為-200.1mm。表3PCBN刀具干切削鑄鐵的切削用量工序工件材料切削速度(m/min)進(jìn)給量(mm/r)粗加工(ap0.64)珠光體灰鑄鐵(240HB)3056100.250.50珠光體軟鑄鐵55012000.150.30白口鑄鐵601200.250.75精加工(ap0.64)珠光體灰鑄鐵(240HB)3056100.250.50珠光體軟鑄鐵60015000.100.15白口鑄鐵901800.250.75由于高速切削具有切削力小、散熱快、加工穩(wěn)定性好等優(yōu)點，因此干切削加工應(yīng)盡可能采用較高切削速度。干切削技術(shù)與高速切削技術(shù)的有機結(jié)合可獲得生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好、無環(huán)境污染等多重技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。此外，進(jìn)行干切削加工時，為減小切削力、降低切削溫度，還可采取某些特殊工藝措施