7075铝合金高速加工铣削力的试验研究
关于高速铣削加工工艺的浅论
高速切削技术论文 机械工程学院 1001011435 张伟
1 关于高速铣削加工工艺的浅论* 张伟 (1. 沈阳理工大学,机械工程学院,机械设计制造及其自动化沈阳201311；) 摘要：传统意义上的高速切削是以切削速度的高低来进行分类的，而削机床则是以转速的高低进行分类。如果从切削变形的机理来看高速切削，则前一种分类比较合适；但是若从切削工艺的角度出发，则后一种更恰当。随着主轴转速的提高，机床的结构，刀具结构，刀具装夹和机床特性都有本质上的改变。高速意味着高离心力，传统的7:24锥柄，弹簧夹头，液压夹头在离心力的作用下，难以提供足够夹持力，同时为避免切削振动要求刀具系统具有更高的动平衡精度。高速切削的最大优势并不在于速度，进给速度提高所导致的效率提高，而由于采用了更高的切削速度和进给速度，允许采用较小的切削用量进行切削加工。由于切削用量的降低，切削力和切削热随之降低，工艺系统变形减小，可以避免铣削振动。利用这一特性可以通过高速铣削工艺加工薄壁结构零件。 关键词：高速铣削加工工艺 中图分类号：TG156 About High Speed Milling Technology Discussion ZHANG Wei (1. Shenyang Li gong University, School of Mechanical Engineering, Mechanical Design, Manufacturing and Automation, Shenyang 201311;) Abstract：Traditional high-speed cutting is to classify the level of cutting , and the cutting speed of the machine is based on the level of classification. If the view of the cutting mechanism of deformation speed cutting, the former is more appropriate classification ; However, if the angle of the cutting process , the latter is more appropriate. As the spindle speed increases , the structure of the machine tool structure , tool clamping and machine characteristics are essentially changed. High speed means high centrifugal force , the traditional 7:24 taper , collet chuck , hydraulic chuck under the effect of centrifugal force , it is difficult to provide sufficient clamping force , as well as to avoid cutting vibration requires balancing tool system has higher precision . The biggest advantage of high-speed cutting is not the speed, feed speed increased efficiency resulting from , but thanks to the higher cutting speed and feed rate, allowing the use of smaller cutting for cutting. Since the reduction cutting , cutting force and cutting heat decreases, reducing deformation process system to avoid vibration milling . Using this feature can speed milling machining thin-walled structural components . Key words：High speed Milling Processing technology 0 前言1 普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点： （1）高效高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。 *高速切削技术论文.20131005下载模板.20131101完成初稿.20131127终稿. 在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的 铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。 （2）高精度高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。 （3）高的表面质量由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。
高速铣削加工效率的一般计算与分析
高速铣削加工效率的一般计算与分析(转) 随着高速切削技术的发展，高速铣削工艺的应用日益广泛，越来越受到制造企业和科研工作者的关注。信息产业部某研究所自1999年7月从瑞士MIKRON公司购进第一台HSM-700型高速立式铣削中心后，2001年10月又购进三台HSM-700型高速铣床用于生产。笔者通过对这批先进高速铣床的加工效率进行深入、细致的调查研究，对比了不同铣床的加工效率，推导了高速铣削加工效率的计算公式。 1.加工效率的计算 按照传统切削理论，切削加工效率Zw(cm3/min)可通过下列公式计算： Zw＝v×f×ap（1） 式中:v——切削速度，f——进给量，ap——切削深度 根据分析与研究，我们认为式（1）不适用于高速铣削加工效率的计算，原因主要有两点： ①高速铣床的主轴转速相当高（如HSM-700型高速铣床最高转速达42000r/min，加工平面时转速也在35000r/min以上），如此高的转速使刀具并非每一转都在切削金属； ②在实际加工中，设定的转速和进给量只是最大转速和最大进给量，实际的刀具转速和进给量时刻都在变化（HSM-700机床的自测功能可以显示整个切削过程中的变化情况），切削过程中的实际转速和进给量总是从较低值迅速达到较高值又很快降到较低值，如此反复变化，这是铣削过程的客观反映，而不像车削过程中可以保持转速和进给量恒定不变。 因此，我们提出用单位时间内的金属去除量Z(cm3/min)表示加工效率，即： Z＝W/t（2） 式中:W——切削过程总的金属去除量(cm3)，t——切削时间(min)(＞0) 式（2）更符
合高速铣削的实际情况，用式（2）很容易实现对高速铣削加工效率的计算，同时也便于不同铣床加工效率的比较。例如，原来在普通铣床上加工某零件，为了缩短生产周期，一部分零件现采用高速铣床加工。这样，可通过该零件的加工来比较两种加工设备的加工效率。由于该零件的表面质量要求不高，高速铣削和普通铣削均能达到要求。事实上，高速铣削加工出的零件表面粗糙度要比普通铣削加工低1～2个等级。 用单位时间内的金属去除量Z＝W/t（cm3/min）表示加工效率。试验中取铣削加工过程中的几个时间段，记录加工时间，测量在各个时间段零件加工前后的体积差，通过式（2）计算得到Z值。通过多次测量计算取Z的平均值，该平均值即可视为较准确的Z值。 对于上述零件的高速铣削过程，由式（2）算得的Z值为： Z（高速）＝W/t＝25.296cm3/min 按照传统切削理论即按式（1）计算得： Zw＝πDn/1000×100×vf/n×0.1×ap×0.1＝376.8cm3/min 比较Z（高速）和Zw，显然Zw与该零件实际的高速铣削加工效率相差很大。 2．不同铣床加工效率的比较 某研究所目前用于生产的铣床除HSM-700型高速铣床外，还有国产的立式铣床和进口的铣削中心。国产铣床是二十世纪九十年代初购进的北京第一机床厂生产的XK5040-1型立式升降台铣床（以下简称国产普通铣床），目前主要用于零件粗加工及少量铸铁件和钢件的加工；进口铣削中心是美国产VF-0 HAAS型铣削中心（以下简称进口普通铣床），可用于粗加工和精加工。 对于上述零件，在国产普通铣床上加工的切削效率为:
高速加工技术现状及发展趋势
高速加工技术现状及发展趋势 1引言 对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进--定位夹紧--刀具快进--刀具工进(在线检测)--刀具快退--工具松开、卸下--质量检测等七个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统；对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺(方式)：或采用一工位多工序、一刀多刃，或以车、铰、铣削替代磨削，或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺(方式)替代滚、插、铣削加工…等工艺(方式)，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程；对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。这与敏捷制造工程技术理念有相同之处。 高速加工技术产生于近代动态多变的全球化市场经济环境。在激烈的市场竞争中，要求企业产品质量高、成本低、上市快、服务好、环境清洁和产品创新换代及时，由此牵引高速加工技术不断发展。自二十世纪八十年代，高速加工技术基于金属(非金属)传统切削加工技术、自动控制技术、信息技术和现代管理技术，逐步发展成为综合性系统工程技术。现已广泛实用于生产工艺流程型制造企业(如现代轿(汽)车生产企业)；随着个性化产品的社会需求增加，其生产条件为多品种、
单件小批制造加工(机械制造业中，这种生产模式将占到总产值的70%)，高速加工技术必将在生产工艺离散型或混和型企业中(如模具、能源设备、船舶、航天航空…等制造企业)得到进一步应用和发展。 二十世纪末期，我国变革计划经济体制，改革开放，建成有中国特色社会主义市场经济体制。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。企业家们对现代信息技术和企业制度、机制在未来可持续发展、市场竞争中的重要地位和作用，认识日益深刻。社会主义市场经济环境，不仅促进企业转制、调整产业、产品结构和技改，还给企业展现出应用和发展高速加工技术良好而广阔的前景。 2我国引进数控轿车自动生产线中的高速加工技术 二十世纪八十年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本…等国引进了多条较先进的轿车数控生产自动线，使我国轿车制造工业得到空前发展。其中较典型的是来自德国的一汽--大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其处于国际二十世纪九十年代中期水平。其中应用了较多较实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的现状与发展趋势。本文重点介绍一汽--大众捷达轿车传、发生产线。 引进的捷达数控轿车自动生产线概况 一汽--大众捷达轿车自动生产线由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成。同步引进德国大众汽车公司并行工程管理模式与管理技术，
高速铣削加工切削力和切削温度关系解析
高速铣削钛合金的切削力和切削温度 切削力和切削温度试验在五坐标高速加工中心上进行，采用YOLO-YDXC-III切削三向力测试系统对铣削力进行测量，采用夹丝半人工热电偶方法对铣削温度进行测量。试验用刀具为Walter WMG40硬质合金机夹刀片，工件材料为钛合金TA15，热处理状态为退火。采用单因素试验，考察不同铣削速度下切削力和切削温度的变化规律。其他切削条件为：轴向切深ap=6mm，径向切深ae=1mm，每齿进给量fz=0.1mm/z。为典型的铣削力信号图以及后刀面磨损VB＝0.15mm 时的切削力与铣削速度关系曲线。铣削力的方向定义为：进给方向为X，铣刀径向切深方向为Y，刀具轴向为Z。可以看到在此范围内，Fx和Fz变化不大，而Fy随切削速度的提高略有下降。试验和理论表明：一方面随着切削速度的上升，两个因素会导致切削力的增加。首先是由断续切削造成的切削力冲击和动态切削力的数值会增加；其次，材料的应变硬化程度严重，导致剪切区变形抗力增加。另外一方面，切削速度上升导致的切削温度上升也会使被加工材料软化，使切削力减小。所以，切削速度对切削力的影响，要看这两方面综合作用的结果。当刀具后刀面磨损达到一定程度时，随着切削速度的增加，由温度升高所导致的材料软化影响占主导地位，其作用超过动态切削力增加和应变硬化增加两方面的影响，所以总的铣削力呈下降趋势。 典型的铣削温度热电势信号及50～550m/min 切削速度范围内的切削温度与铣削速度的关系。切削温度随铣削速度增加有一直上升的趋势，但是在不同的速度范围内，切削温度上升的程度是不同的。在较低的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势较快，而在较高的速度范围内，温度随切削速度而上升的趋势变缓。这一现象产生的原因在于，随着切削速度的增加，传入切屑的热量比例增加，更多的热量被切屑带走；而传入工件和刀具的热量的比例减小，相应的刀具和工件的温度升高也不明显。 高速铣削钛合金的刀具磨损 钛合金高速铣削刀具磨损机理和刀具耐用度是生产过程中较受关注的问题。为磨钝标准VB ＝0.3mm的情况下，刀具耐用度随切削速度的变化关系。随着铣削速度增加，刀具铣削时间下降较快。在200～250m/min 的速度范围内时，刀具寿命下降很快；铣削速度继续增加，刀具寿命的下降趋势有所减缓。在200m/min的速度下，刀具寿命超过120min。 硬质合金刀具高速铣削钛合金时的刀具磨损微观形态（图中黑色部分为未被完全腐蚀的钛合金粘结物）。在高速铣削钛合金时，钛合金在刀具表面的粘结现象非常严重，由于工件与刀具接触表面的温度较高，且温度梯度大，在钛合金粘结和温度梯度的综合作用下，刀具将产生扩散磨损。一方面，粘结在刀具上的钛合金中的Ti元素向刀具中扩散，形成粘结的TiC层，TiC粘结层脱落时，会带走一部分刀具材料。另一方面，刀具中的C向高温区扩散，Co向低温区扩散，在刀具和工件的接触面上形成富C贫Co区，造成WC颗粒间的粘结强度下降，表层脆化，从而引起WC颗粒脱落。另外，铣削时的热冲击会使刀具切削刃附近产生梳状裂纹，裂纹垂直于切削刃方向，沿切削刃平均分布，裂纹间距约100μm，长度可达到0.5mm，并且贯穿前刀面和后刀面。当裂纹扩展到一程度，会引起刀具切削刃的强度下降，从而使刀具材料被粘结其上的钛合金撕裂和脱落，使切削刃变形和钝化。所以，铣削钛合金时的刀具磨损是扩散磨损、粘结磨损和热冲击相互作用、相互促进的结果。
高速切削
1. 论述高速切削的特点。 材料去除率高，切削力较小，工件热变形小，工艺系统振动小，可加工各种难加工材料，可实现绿色制造，简化加工工艺流程。高速切削追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺，高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1~2等级。加快产品开发周期，大大降低制造成本。 2.阐述高速切削技术研究体系、关键技术。 数控高速切削加工技术是建立在机床结构与材料、高速主轴系统、高性能CNC控制系统、快速进给系统、高性能刀具材料、数控高速切削加工工艺、高效高精度测试技术等许多相关的软件和硬件技术基础之上的一项复杂的系统工程，是将各单元技术集成的一项综合技术。关键技术：高速切削机理；高速切削刀具技术；高速切削机床技术；高速切削工艺技术；高速加工的测试技术。 3.阐述高速切削发展趋势。 机床结构将会具有更高的刚度和抗振性，使在高转速和高级给情况下刀具具有更长的寿命；将会用完全考虑高速要求的新设计概念来设计机床；在提高机床进给速度的同时保持机床精度；快换主轴；高、低速度的主轴共存；改善轴承技术；改进刀具和主轴的接触条件；更好的动平衡；高速冷却系统。（新一代高速大功率机床的开发和研制；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；进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；高速切削机理的深入研究；高速切削动态特性及稳定性的研究；开发适用于高速切削加工状态的监控技术；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；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；基于高速切削，开发推广高能加工技术） 4结合典型工件材料和加工工艺方法，讨论高速切削的速度范围。 （1）根据工件材料：刚才380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，认为是合适的速度范围。（2）根据加工工艺方法：车削700~7000m/min，铣削300~6000m/min，钻削200~1100m/min，磨削5000~10000m/min，认为是合适的速度范围。 5讨论高速切削加工的切削力变化规律。 （1）切削用量对切削力的影响:背吃刀量ap增大，切削力成正比增加，背向力和进给力近似成正比增加。进给量f增大，切削力与增大，但切削力的增大与f不成正比（75%）（2）工件材料对切削力的影响：较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。a材料的强度、
数控铣削加工工艺范围及铣削方式
页脚内容1 数控铣削加工工艺范围及铣削方式 铣削是铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。铣削的主要工作及刀具与工件的运动形式如图所示。 在铣削过程中，根据铣床，铣刀及运动形式的不同可将铣削分为如下几种： （1）根据铣床分类 根据铣床的结构将铣削方式分为 立铣和卧铣。由于数控铣削一个工序中一般要加工多个表面，所以常见的数控铣床多为立式铣床。 （2）根据铣刀分类 根据铣刀切削刃的形式和方位将铣削方式分为周铣和端铣。用分布于铣刀圆柱面上的刀齿铣削工作表面，称为周铣，如图6-2（a ）所示；用分布于铣刀端平面上的刀齿进行铣削称为端铣，如图6-2 （b ）所示。 图中平行于铣刀轴线测量的切削层参数ap 为背吃刀量。垂直于铣刀轴线测量的切削层参数ac 为切削宽度，fz 是每齿进给
量。单独的周铣和端铣主要用于加工平面类零件，数控铣削中常用周、端铣组合加工曲面和型腔。 （3）根据铣刀和工件的运动形式公类 根据铣刀和工作的相对运动将铣削方式分为顺铣和逆铣。铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，称为顺铣如图（6-3）a 所示；铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向 与工件进给方向相反，称为逆铣，如图（6-3）b所示。 顺铣与逆铣比较：顺铣加工可以提高铣刀耐用度2~3倍， 工件表面粗糙度值较小，尤其在铣削难加工材料时，效果更 加明显。铣床工作台的纵向进给运动一般由丝杠和螺母来实 现，采用顺铣法加工时，对普通铣床首先要求铣床有消除进 给丝杠螺母副间隙的装置，避免工作台窜动；其次要求毛坯 表面没有破皮，工艺系统有足够的刚度。如果具备这样的条件，应当优先考虑采用顺铣，否则应采用逆铣。目前生产中采用逆铣加工方式的比较多。数控铣床采用无间隙的滚球丝杠传动，因此数控铣床均可采用顺铣加工。 数控铣削主要特点 （1）生产率高 （2）可选用不同的铣削方式 （3）断续切削 （4）半封闭切削 数控铣削主要加工对象 （1）平面类零件 页脚内容2
高速铣削刀具及切削参数的选择
高速铣削刀具及切削参数的选择 摘要：通过等效类比的方法研究了高速铣削刀具选择的一般原则。推导了球头铣刀的有效直径和有效线速度的计算公式，以此进一步确定转速，通过试验的方法测定了径向铣削深度和每 齿进给量对表面粗糙度的影响。 关键词：高速铣削刀具；有效直径；有效线速度；切削参数；表面粗糙度 作者：宋志国，宋艳，常州信息职业技术学院 0 引言 传统意义上的高速切削是以切削速度的高低来进行分类的，而铣削机床则是以转速的高低进行分类。如果从切削变形的机理来看高速切削，则前一种分类比较合适；但是若从切削工艺的角度出发，则后一种更恰 当。 这是因为随着主轴转速的提高，机床的结构、刀具结构、刀具装夹和机床特性都有本质上的改变。高转速意味着高离心力，传统的7∶24锥柄，弹簧夹头、液压夹头在离心力的作用下，难以提供足够的夹持力； 同时为避免切削振动要求刀具系统具有更高的动平衡精度。 高速切削的最大优势并不在于速度、进给速度提高所导致的效率提高；而是由于采用了更高的切削速度和进给速度，允许采用较小的切削用量进行切削加工。由于切削用量的降低，切削力和切削热随之下降，工 艺系统变形减小，可以避免铣削颤振。 1 刀具的选择 通常选用图1所示的3种立铣刀进行铣削加工，在高速铣削中一般不推荐使用平底立铣刀。平底立铣刀在切削时刀尖部位由于流屑干涉，切屑变形大，同时有效切削刃长度最短，导致刀尖受力大、切削温度高，导致快速磨损。在工艺允许的条件下，尽量采用刀尖圆弧半径较大的刀具进行高速铣削。 图1 立铣刀示意图 随着立铣刀刀尖圆弧半径的增加，平均切削厚度和主偏角均下降，同时刀具轴向受力增加可以充分利用机 床的轴向刚度，减小刀具变形和切削振动（图2）。
高速切削加工技术
高速切削加工技术 在现代机械切削加工技术中，高速切削正在越来越多地被人提及，其技术已开始被使用，随之而来的，首先是高速机床，那么，高速切削与传统切削技术究竟有什么不同? 其实现的条件是什么? 实现它有哪些益处? 其适用性怎么样呢? 本文将试图回答这些问题，并且尽可能结合目前在世界上居领先水平的瑞士MIKRON公司的机床的结构、特点来分析，用它同目前国内仍在普遍应用的传统的加工方法和切削理论相比较，促进高新技术在国内的应用和普及。 缩短加工时的切削与非切削时间，对于复杂形状和难加工材料及高硬度材料减少加工工序，最大限度地实现产品的高精度和高质量，是我们提高劳动生产率、实现经济性生产的一个重要的目标。有人认为，一提高速加工，就是主轴转速要几万转；只要主轴转速一达到几万转，就可以实现高速切削，这其实是不全面的。 随着科学技术的发展，现代机床已经具备了下面的条件，也只有具备这些条件，才会使得高速切削成为可能。 1.机电一体化的主轴，即所谓电主轴。现代化的主轴是电机与主轴有机地结合成一体，采用电子传感器来控制温度，自有的水冷或油冷循环系统，使得主轴在高速下成为“恒温”；又由于使用油雾润滑、混合陶瓷轴承等新技术，使得主轴可以免维护、长寿命、高精度。由于采用了机电一体化的主轴，减去了皮带轮、齿轮箱等中间环节，其主轴转速就可以轻而易举地达到0～42000r/min，甚至更高。不仅如此，由于结构简化，造价下降，精度和可*性提高，甚至机床的成本也下降了。噪声、振动源消除，主轴自身的热源也消除了。MIKRON公司便采用了本集团“STEP－TEC”公司生产的电主轴，这种电主轴采用了其特别的、最先进的矢量式闭环控制、高动平衡的主轴结构、油雾润滑的混合陶瓷轴承，可以随室温调整的温度控制系统，确保主轴在全部工作时间内温度衡定。 何为矢量式闭环控制呢？其实就是借助数/模转换，将交流异步电动机的电量值变换为直流电模型，这样，既可实现用无电刷的交流电机来实现直流电机的优点，即在低转速时，保持全额扭矩，功率全额输出，主轴电机快速起动和制动。以UCP710机床切削45#钢为例，用STEP-TEC 的主轴铣削，铣刀直径?63mm, 主轴转速为1770r/min，金切量为540cm3/min；在无底孔钻孔时，钻头直径?50mm, 转速1350r/min，可一次钻出，而无需常用的先打中心孔,而后钻孔再扩孔的方法。 2.机床普遍采用了线性的滚动导轨，代替过去的滑动导轨，其移动速度、摩擦阻力、动态响应，甚至阻尼效果都发生了质的改变。用手一推就可以将几百公斤甚至上千公斤的重工作台推动。其特有的双Ｖ型结构，大大提高了机床的抗扭能力；同时，由于磨损近乎为零，导轨的精度寿命较之过去提高几倍。又因为配合使用了数字伺服驱动电机，其进给和快速移动速度已经从过去最高的6m/min，提高到了现在的20～60m/min，MIKRON公司的最新型机床使用线性电机，进给和快移速度可达80m/min。 3.目前最先进的数控系统已经可以同时控制8根以上的轴，实现五轴五联动，甚至六轴五联动，多个CPU，数据块的处理时间不超过0.4ms；同时，均配置功能强大的后置处理软件，运算速度快，仿真能力强且具备程序运行中的“前视”功能，随时干预，随时修改。外接插口，数据传输速度快，甚至可以与以太网直联；加上全闭环的测量系统，配合使用数字伺服驱动技术，机床的线性移动可以实现1～2g的加速和减速运动。 4.机床床身结构进一步优化，现代机床均采用落地式床身，整体铸铁结构，龙门式框架的主轴立柱，尽可能由主轴部件来实现二轴甚至三轴的线性移动，考虑到刀具重量的变化极小，这样，在工件乃至工作台不进行快速线性移动的情况下，机床快速线性移动的部件的重量近乎常量，因此，更容易实现快速加速和减速情况下的运动惯量及实现动态平衡，减少由于动态冲击所带来的
高速铣削加工技术的主要优点及应用介绍
高速铣削加工技术的主要优点及应用介绍由于生产的发展和产品更新换代的速度加快，对模具的生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，于是电火花加工存在的问题就暴露出来。所谓高速铣削是指主轴转速可达10000？C80000转/分，快速进给速度可达30-40米/分，加速度可达1g，换刀时间可提高到1-2秒并可获得粗糙度Ra0.6mm以上，还可以加工硬度达60HRC的模块。形成对电火花加工的挑战，它与传统铣削加工相比，具有温升低热变形小等优点。 从物理本质上来说，电火花加工是靠放电烧蚀的“微切削”工艺。对加工过程非常之缓慢表面进行局部高温放电烧蚀过程中，工件表面的物理机械性能会受到一定程度的损伤，常在型腔表面形成微细裂纹，表面粗糙度也达不到模具的要求，因而还有进行费力，费时手工研磨和抛光。因此，生产效率低，质量不稳定，模具已成为新产品开发速度的一关键因素，与电火花加工相比，高速铣削加工的主要优点：1、产品质量好。高速铣削以高于常规切削速度10倍左右的切削速度对零件进行高速加工，毛坯材料的余量还来不及充分变形在瞬间被切离工件、工件表面的残余应力非常小；切削过程的绝大多数热量约95%被切削屑带走，工件热变形小；高速加工过程中，机床主轴高速运转，激振频率远离“机床—刀具—工件”系统的固有频率范围，加工过程平稳无冲击。因此，零件的加工精度高，表面质量好，粗糙度可达0.6mm，型腔表面质量可达到磨削水平。
2、生产效率高。用高速铣削加工的模具，可在一次装夹中完成粗、精加工和模具零件其他部位的机械加工，即所谓“一次过”技术，不需后续的手工研磨与抛光，又容易实现加工过程自动化。它还能加工形状复杂的零件和薄壁零件。由于高速切削时切削力大为减少，尤其是横向（Py）切削力很小，这就有利于加工复杂模具型腔中一些细筋和薄壁，其壁厚甚至小于1mm。 总之高速铣削完全符合现代制造技术“高效率、高精度和高自动化”的发展方向，有广阔的应用前景。而电火花成型加工对一些尖角、窄槽、深小孔和过于复杂的型腔表面和精密加工还是有用的。两者应该扬长避短，相辅相成。建议先在厦门、福州、泉州等地有实力的企业，引进高速铣削机床，然后全省逐渐推广。 台州亚古机床设备有限公司 https://www.wendangku.net/doc/004294592.html,
球头铣刀高速铣削铣削力建模分析
球头铣刀高速铣削铣削力建模分析 摘要：本文针对球头铣刀铣削特点，运用金属切削理论等，对球头铣刀铣削力建模进行了系统深入的研究，在针对球头铣刀高速铣削力研究的整个过程中，根据原有的经验公式及切削机理，主要对铣削力进行具体研究，研究球头铣刀切削微元上所受到的切向力，径向力和轴向力的受力情况，进而沿刀刃进行积分，通过局部坐标系转换到整体坐标系，用数值积分方法建立铣削力模型。 关键词：球头铣刀；铣削力；建模 1.概述 随着全球工业市场竞争的日趋激烈，产品的复杂性和加工质量要求越来越高。而随着CAD/CAM系统和CNC加工中心的进步，我们可应用球头铣削来满足复杂表面的加工需要。由于在复杂曲面加工中，很难选择恰当的参数使得加工过程既能提高生产率，同时又能保证工件质量。为了保证产品加工质量且避免刀具破损或刀具过变形等不期望结果的发生，通常做法是选择保守的加工参数。然而，这会降低生产率。这需要在加工参数和加工质量及加工效率之间达到一个最佳的匹配。 铣削加工过程是由“机床—刀具—工件”构成的、各种影响因素综合作用的系统。在加工进行过程中随时会受到各种随机因素的干扰，其中的干扰因素主要包括：工件材质不均匀造成的材料微观硬度变化，刀具磨损造成的刀具几何参数的改变，切削参数变化及切削振动等，这些因素都会使加工系统转变为动态系统。 因此，球头铣削过程分析和铣削力仿真对加工精度预测、铣削过程自适应控制以及工艺参数优化都有非常重要的意义。 2.铣削力建模 2.1 局部铣削力的计算 切削力的准确建模是分析和预报切削加工性能的基础（工艺参数的选择、切削过程稳定性、刀具磨损及破损的监控等）。由于铣削过程非常复杂，在此过程中铣削力不断变化，通常的切削理论不能趋势应用于铣削过程，因此，球头铣刀加工复杂曲面切削力模型建立的基本策略是将刀具切削刃沿轴向等间隔划分成许多很小的切削微元，每个微段相当于一个简单的斜角切削，作用在刀刃微段上的空间铣削力可以分解成微切向力、微径向力和微轴向力。刀具受到的切削力为参加切削的切削微元的受力之和，切削微元的受力分析是根据切削力与切削负载之间的经验关系。本文采用Lee和Altintas所提出的斜角切削的切削微元的受力公式： 在整体坐标系中，X方向为刀具的进给方向，Z方向垂直于水平面，根据右
机械毕业设计英文外文翻译330模具高速铣削加工技术
附件： 模具高速铣削加工技术 摘要介绍了高速铣削在模具加工中的应用以及影响，并简要的介绍了高速铣削机床的结构、控制系统和刀具。对高速加工的工艺进行了简单的分析。 关键词高速铣削；模具加工 一、前言 在现代模具生产中，随着对塑件的美观度及功能要求得越来越高，塑件内部结构设计得越来越复杂，模具的外形设计也日趋复杂，自由曲面所占比例不断增加，相应的模具结构也设计得越来越复杂。这些都对模具加工技术提出了更高要求，不仅应保证高的制造精度和表面质量，而且要追求加工表面的美观。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其在加工机床、数控系统、刀具系统、CAD/CAM软件等相关技术不断发展的推动下，高速加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工与制造中。 数控高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。相对于传统的切削加工，其切削速度、进给速度有了很大的提高，而且切削机理也不相同。高速切削使切削加工发生了本质性的飞跃，其单位功率的金属切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小量快进使切削力减少了，切屑的高速排出减少了工件的切削力和热应力变形，提高了刚性差和薄壁零件切削加工的可能性。
由于切削力的降低，转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率，而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬钢件(HRC45~HRC65)的加工过程中，采用高速切削可以取代电加工和磨削抛光的工序，从而避免了电极的制造和费时的电加工，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。对于一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速铣削也可顺利完成，而且在高速铣削CNC加工中心上，模具一次装夹可完成多工步加工。 高速加工技术对模具加工工艺产生了巨大影响，改变了传统模具加工采用的“退火→铣削加工→热处理→磨削”或“电火花加工→手工打磨、抛光”等复杂冗长的工艺流程，甚至可用高速切削加工替代原来的全部工序。高速加工技术除可应用于淬硬模具型腔的直接加工(尤其是半精加工和精加工)外，在EDM电极加工、快速样件制造等方面也得到了广泛应用。大量生产实践表明，应用高速切削技术可节省模具后续加工中约80%的手工研磨时间，节约加工成本费用近30%，模具表面加工精度可达1 m，刀具切削效率可提高1倍。 二、高速铣削加工机床 高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一，它随着CNC技术、微电子技术、新材料和新结构等基础技术的发展而迈上更高的台阶。由于模具加工的特殊性以及高速加工技术的自身特点，对模具高速加工的相关技术及工艺系统(加工机床、数控系统、刀具等)提出了比传统模具加工更高的要求。 1.高稳定性的机床支撑部件 高速切削机床的床身等支撑部件应具有很好的动、静刚度，热刚度和最佳的阻尼特性。大部分机床都采用高质量、高刚性和高抗张性的灰铸铁作为支撑部件材料，有的机床公司还在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和热稳定性，这不但可保证机床精度稳定，也可防止切削时刀具振颤。采用封闭式床身设计，整体铸造床身，对称床身结构并配有密布的加强筋等也是提高机床稳定性的重要措施。一些机床公司的研发部门在设计过程中，还采用模态分析和有限元结构计算等，优化了结
高速切削技术
高速切削技术 摘要：简述高速切削技术的优越性，为什么在航空制造业得到较成功的应用，并举例说明高速切削技术在航空制造业中的应用，另外解释HSK刀具系统为什么能适应高速切削要求 关键词：高速切削技术，航空制造业，HSK刀具 1、高速切削技术 高速切削技术是指在比常规切削速度高出很多的情况下进行的切削加工，有时也称为超高速切削（Ultra-High Speed Machining）。以高切削速度、高进给速度、高加工精度和优良的加工表面质量为主要特征的高速切削加工技术具有不同于传统切削加工技术的加工机理和应用优势，已在航空航天、模具加工、汽车制造等行业得到了广泛应用，加工对象包括铝镁合金、钢、铸铁、超级合金及碳纤维增强塑料等材料。 机床的高速化已成为机械制造业中不可阻挡的发展潮流，如果说数控机床的产生是机床发展的一次革命，那么高速机床的应用则是现代机床工业的第二次革命。 高速切削理论是二十世纪30年代由德国Carl Salomon博士首次提出的有关高速切削的概念。其理论简言之就是认为切削热只是在传统切削速度范围内是与切削速度成单调增函数关系。而当切削速度突破一定限度以后，切削温度不再随切削速度的增加而增加，反而会随切削速度的增加而降低，即与切削速度在较高速度的范围内成单调减函数。该理论经过几十年的研究与应用，已逐渐成为现代高效切削加工的趋势和发展方向。80年代末和90年代初开始应用并快速发展到广泛应用于航空航天、汽车、模具制造业加工铝、镁合金、钢、铸铁及其合金、超级合金及碳纤维增强塑料等复合材料，其中加工铸铁和铝合金最为普遍。 在金属切削过程中，选择很高的切削速度，并不一定是提高加工效率的唯一方法。这种切削方案实际存在着许多问题，其中最大的问题是：主要目的是用于提高生产效率的高速切削，实际上并没有提高生产效率。它要求机床在高转速下切削，但为提高机床主轴转速来提高切削速度，往往是以降低进给量﹑减小切削
高速切削的所罗门原理
一、高速切削的原始定义1931年，德国切削物理学家萨洛蒙 (Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利(Machine with high cutting speeds)的所罗门原理： 被加工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。 切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。 实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。 二、现代高速切削技术的概念所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削，从而提高生产率。 到目前为止，其原理仍未被现代科学研究所证实。 但这一原理的成功应该不只局限于此。 高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一，从现代科学技术的角度去确切定义高速切削，目前还没有取得一致，因为它是一个相对概念，不同的加工方式，不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。 这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等等。 事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能CNC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。
高速切削技术现状及存在的问题
高速切削技术现状及存在的问题 2008/2/27/15： 15 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。
高速切削时切削参数对切削力的影响
1.1.1转速对切削力的影响 高速铣削试验证明，在切削速度较低的情况下，切削力随转速的增加而升高，但达到某一临界速度值后，随着转速继续增大，切向切削分力反而下降，但最大切削功率和主轴功率利用率增大。不同刀具材料与工件材料的匹配在不同切削条件下有不同的临界切削速度。涂层刀具、LT55陶瓷刀具铣削调质45钢时的切向分力Fy，先随切削速度的增加而增加，达到临界速度后，切削速度提高，Fy下降较快，临界速度约为800m/min。 其刀具参数及切削条件如下表[D高速铣削中]。
图4是切削分力随进给量的变化曲线(仿真条件：切削速度v=1000m/min，切削深度 ap=0.2mm)。用硬质合金刀具高速加工45#调质钢时，各切削分力Fx、Fy、Fz都随着进给量的提高而增加，增加的趋势近似为线性。各切削分力曲线的增大速率，按由大到小的顺序排列，依次为Fy、Fz和Fx。当进给量加大一倍时，主切削力Fy增大约68％，Fz增大约42％，Fx增大仅为10％[D高速加工时]。 1.1.3切削深度对切削力的影响 仅当切深增加一倍时，Y向、XY平面切削力峰值、切向力峰值、最大切削功率减和主轴功率利用率都增加基本增加一倍，切削力和切深呈线形关系。各切削分力随着切削深度的加大而成正比增加。[高速铣削时切削力研究] 1.1.4切宽对切削力的影响 仅当切宽减小一半时，切削力、最大切削功率、主轴功率利用率没有减小一半，Y向、XY平面切削力峰值几乎没有变化，切向力峰值、最大切削功率和主轴功率利用率也减小很少，切削力和切宽不呈线性关系。[高速铣削时切削力研究]
由表2可知，尽管刀具的螺旋角不同，但是分析得到的各个方向的切削力和功率都基本一样，在利用本算法计算时，螺旋角对切削力基本没有影响，主要是排削能力使它们在实际加工时切削能力有显著的区别。 铣削变量对切削力的影响 切削速度在切削速度较低的情况下，切削力随转速的增加而升高，但达到某一临界速度值后，随着转速继续增大，切向切削分力反而下降，但最大切削功率和主轴功率利用率增大。不同刀具材料与工件材料的匹配在不同切削条件下有不同的临界切削速度。 进给量用硬质合金刀具高速加工45#调质钢时，各切削分力Fx、Fy、Fz都随着进给量的提高而增加，增加的趋势近似为线性。各切削分力曲线的增大速率，按由大到小的顺序排列，依次为Fy、Fz和Fx。 切削深度当切深增加一倍时，Y向、XY平面切削力峰值、切向力峰值、最大切削功率减和主轴功率利用率都增加基本增加一倍，切削力和切深呈线形关系。各切削分力随着切削深度的加大而成正比增加。 切削宽度切宽减小一半时，切削力、最大切削功率、主轴功率利用率没有减小一半，Y向、 XY平面切削力峰值几乎没有变化，切向力峰值、最大切削功率和主轴功率利用率也减小很少，切削力和切宽不呈线性关系。 刀具螺旋角螺旋角对切削力基本没有影响，主要是排削能力使它们在实际加工时切削能力有显著的区别。