|
! `7 \2 K3 X+ f, m3 b9 I
一,、高速切削技術概述 - z8 C" Y! k7 X2 F- L. Y
1931年4月德國物理學家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削（High Speed Cutting）的理論,，并于同年申請了專利。他指出：在常規(guī)切削速度范圍內,，切削溫度隨著切削速度的提高而升高,，但切削速度提高到一定值之后，切削溫度不但不會升高反而會降低,，且該切削速度VC與工件材料的種類有關,。對于每一種工件材料都存在一個速度范圍,，在該速度范圍內，由于切削溫度過高,，刀具材料無法承受,，切削加工不可能進行。要是能越過這個速度范圍,，高速切削將成為可能,，從而大幅度地提高生產(chǎn)效率。由于實驗條件的限制,，當時高速切削無法付諸實踐,，但這個思想給后人一個非常重要的啟示。
6 S' j) Q: y2 k% ]2 r 高速加工技術經(jīng)歷了理論探索,，應用探索,，初步應用和較成熟應用等四個階段，現(xiàn)已在生產(chǎn)中得到了一定的推廣,。特別是20世紀80年代以來,，航空工業(yè)和模具工業(yè)的需求大大推動了高速加工的應用。飛機零件中有大量的薄壁零件,，如翼肋,、長桁、框等,，它們有很薄的壁和筋,，加工中金屬切除率很高，容易產(chǎn)生切削變形,，加工比較困難,；另外，飛機制造廠方也迫切要求提高零件的加工效率,，從而縮短飛機的交付時間,。在模具工業(yè)和汽車工業(yè)中，模具制造是一個關鍵,，縮短模具交貨周期,，提高模具制造質量，也是人們長期努力的目標,。高速切削無疑是解決這些問題的一條重要途徑,。自20世紀90年代起，高速加工逐步在制造業(yè)中推廣應用,。目前,，據(jù)統(tǒng)計，在美國和日本,，大約有30%的公司已經(jīng)使用高速加工,，在德國,，這個比例高于40%。在飛機制造業(yè)中,，高速切削已經(jīng)普遍用于零件的加工,。 / z6 G+ v: }. I; T/ r
目前高速切削已經(jīng)有了一定的應用，但要給高速銑削下一個確切的定義還較困難,，高速切削的切削速度范圍較難給出,。高速切削是一個相對概念，它與加工材料,、加工方式,、刀具、切削參數(shù)等有很大的關系,。一般認為,，高速切削的切削速度是常規(guī)切削速度的5～10倍。對常用材料,，一些資料給出了大致數(shù)據(jù)：鋁合金1500～5500 m/min,；銅合金900 ～5000 m/min；鈦合金100～1000 m/min,；鑄鐵750～4500 m/min,；鋼600～800 m/min。各種材料的高速切削進給速度范圍為2～25m/min,。 % p# g, s$ `4 P6 c; J, r
+ S% z1 P8 G$ r- }
二,、高速切削技術的優(yōu)勢
8 I$ x$ t" h ` 高速切削之所以得到工業(yè)界越來越廣泛的應用，是因為它相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性,，具體說來有以下特點：
( i) g" W/ V; f2 ]( C. @ 1.可提高生產(chǎn)效率 / T8 Y7 M8 _* _# A
高速切削加工允許使用較大的進給率,，比常規(guī)切削加工提高5～10倍，單位時間材料切除率可提高3～6倍,。當加工需要大量切除金屬的零件時,，可使加工時間大大減少。
: S% L3 M+ ~( r2 ~; Z 2.降低了切削力 4 t& \1 m' p+ v8 w# y# x3 R, ~6 x7 s
由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度,，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比,，切削力至少可降低30%,，參見圖1。這對于加工剛性較差的零件來說可減少加工變形,，使一些薄壁類精細工件的切削加工成為可能,。 - Y+ G) @5 u4 M9 }9 C
3. 提高了加工質量 + p( I- @ u/ u y5 l4 d4 D
因為高速旋轉時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動,，保證了較好的加工狀態(tài),。由于切削深度,、切削寬度和切削力都很小，使得刀具,、工件變形小,，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄,，殘余應力小,，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工,。
$ T- S+ T Y+ P* v 4.加工能耗低,，節(jié)省制造資源 : C9 J4 w$ l A1 c2 U+ S9 ~5 X6 }
由于單位功率的金屬切除率高、能耗低,、工件的在制時間短,，從而提高了能源和設備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例,，符合可持續(xù)發(fā)展的要求,。
! J9 W2 M, ]6 J0 `8 o, _( i# h9 u 5. 簡化了加工工藝流程
# N/ B0 M2 S6 _. r 常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進行人工修整或通過放電加工解決,。高速切削則可以直接加工淬火后的材料,，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題,，減少或免除了人工光整加工,。圖2為某模具制造中采用常規(guī)加工與高速切削加工的工序比較。 " r0 N6 }* |' J8 Y8 H
% E' n) |- P# m1 V6 \* @) X# x* W
三,、高速銑削加工工藝
! F: F+ Z9 e8 D5 c7 b 安全,、高效和高質量是高速切削的主要目標。高速加工按目的分為兩種情況：以實現(xiàn)單位時間最大材料去除量為目的的高速加工和以實現(xiàn)單位時間最大加工表面積為目的的高速加工,。前者用于粗加工,，后者用于精加工。 ( W n j2 M1 F# v
由于高速銑削要求切削載荷均勻,，沒有劇烈的變化,，因此除鋁合金和非鐵合金外，通常粗加工可采用有較高金屬切除率的常規(guī)銑削,。精加工時由于余量較均勻,，采用高速銑削能達到很高的走刀速度，切削更多的表面積,。對小的零件,，從粗加工到精加工都可采用高速銑削。在粗加工后的半成品工件上，怎樣用半精加工方法獲得余量比較均勻的半成品毛坯,，為精加工采用高速銑削創(chuàng)造條件,；另外，在粗加工和半精加工時,，如何選用刀具和設置切削參數(shù),，采用先進的走刀方法等，這些都是要考慮的重要問題,。
, {' [& Q: k n. }+ L; o$ g 對于一個高速銑削加工任務來說,，要把粗加工、半精加工和精加工作為一個整體考慮,，設計出一個合理的加工方案,，從總體上達到高效率和高質量的要求，充分發(fā)揮高速切削的優(yōu)勢,，這就是高速銑削工藝設計的原則,。 % Y5 H9 Q) \8 D$ B; ~
1.粗加工 5 Y7 ? B3 z% Z+ d
粗加工的目標是追求單位時間的最大切除量，表面質量和輪廓精度要求不高,，重要的是讓機床平穩(wěn)地工作,，避免切削方向和載荷急劇變化。 . U6 m' z, t/ S2 s# y
為了防止切削時速度矢量方向的突然改變,，在刀軌拐角處需要增加圓弧過渡,，避免出現(xiàn)尖銳拐角。所有進刀,、退刀,、步距和非切削運動的過渡也都盡可能圓滑，如在平面銑削中,，可采用螺旋或傾斜方式（傾角為5°左右）的垂直進退刀運動,、圓弧方式的水平進退刀運動；而在曲面輪廓銑中,，使用切圓弧的進退刀運動等,。
- A+ Q! \ ^- e' T) F 刀具通常采用球頭銑刀和平底圓角銑刀，采用2.5軸加工方式,，加工時充分利用主軸的加工功率,。 / R) ~' T3 V u- `' I1 t. W& S
為了平穩(wěn)地加工硬化了的材料，步距通常不得大于刀具直徑的6%～8%,，深度不超過刀具直徑的10%,。
分層切削能控制切削載荷均勻，在粗加工中常采用此法,。
' A2 I l8 U5 G+ P( O3 s 2.半精加工 " |% E* A% L" ]; e
半精加工的目的是把前道工序加工后的殘留加工面變得平滑，同時去除拐角處的多余材料，在工件加工面上留下一層比較均勻的余量,，為精加工的高速銑削做準備,。半精加工應沿著粗加工后的棱狀輪廓進行銑削，以便使切入過程穩(wěn)定,，并減小切削力波動對刀具的不利影響,。另外，半精加工時刀具的切削應盡量連續(xù),，避免頻繁地進退刀,。 / h- y. k, t# k O/ `: m
以前的CAM系統(tǒng)（包括目前的一般系統(tǒng)）基本上沒有基于殘留模型的編程功能。粗加工以后,，不是針對殘留材料作后續(xù)加工,，而是以一個假設的、估計的“毛坯”作為加工對象,，來進行半精加工的刀位軌跡計算,。這樣得到的加工指令，在實際切削過程中會出現(xiàn)空切現(xiàn)象,，造成切削狀態(tài)不連續(xù),，引起刀具震動或撞擊，縮短了刀具壽命,，并容易造成加工缺陷�,，F(xiàn)在，一些頂尖的CAD/CAM系統(tǒng)已推出了這項技術,。如在UG中,，粗加工后可生成工件的殘留材料模型（IPW），然后以該殘留材料模型為毛坯,，生成半精加工操作,。這樣可去除空刀，減小刀具切入/切出材料時的沖擊,，延長刀具壽命,，并可獲得較為均勻的加工余量，為高速銑削精加工創(chuàng)造條件,。 4 W% r1 f( J/ O0 }3 G, |* ]5 O5 {" |
3. 精加工 ' g# G' M$ L l1 W
精加工的目的是按照零件的設計要求,，達到較好的表面質量和輪廓精度。精加工的刀位軌跡緊貼零件表面,，要求平穩(wěn),、圓滑，沒有劇烈的方向改變,。精加工中除需對工藝參數(shù)進行優(yōu)化外,，還建議采用下面的加工順序：外輪廓加工、凸起規(guī)范幾何體的加工、自由型面的加工,、階梯層面加工,、平面加工和凹陷規(guī)范幾何體的加工等。
% w$ k3 a" h5 z/ d$ f3 ~6 H4 C四,、結論
) z: L Z7 Z. [( ^ 在高速切削加工中,，機床、夾具,、刀具,、數(shù)控系統(tǒng)及軟件等只是必要裝備，加工工藝方法及參數(shù)設定等因素才是直接影響加工是否成功的重要因素,。這些因素需要經(jīng)驗的積累及反復實踐和總結,，才能真正發(fā)揮高速切削加工的優(yōu)勢。
|
發(fā)表于 2005-10-17 14:58:49
QQ好友和群
收藏
淘帖
問題專業(yè)，描述清楚
伸手黨/灌水/看不懂
