论高速加工技术最新进展综述讲解

1、河南机电高等专科学校河南机电高等专科学校先进制造技术课程论文论文题目：高速加工技术最新进展综述系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： xxx年 月 日绪论制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其创造了国民生产总值1/3，工业生产总值的4/5，提供了国家财政收入的1/3。由此可见，制造技术的水平将对一个国家的经济实力和科技发展的水平产生重要的影响。制造技术尤其是先进制造技术将主宰一个国家的命运，因而，各国政府都非常重视先进制造技术的研究和发展。先进制造技术AMT(advanced manufacturing technology)是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算

2、机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竟争能力的制造技术的总称。先进制造技术源于20世纪80年代的美国，是为提高制造业的竞争力和促进国家经济增长而提出。同时，以计算机为中心的新一代信息技术的发展，推动了制造技术的飞跃发展，逐步形成了先进制造技术的概念。近年来，随着科学技术的不断发展和学科间的相互融合，先进制造技术迅速发展，不断涌现出新技术、新概念。例如:成组技术(GT)、精益生产(LP)、并行工程(CE)、敏捷制造

3、(AM)、快速成型技术(RPM)、虚拟制造技术(VMT)等。先进制造技术是发展国民经济的重要基础技术之一，对我国的制造业发展有着举足轻重的作用。尤其在经济全球化条件下，随着国际分工的深化，出现国际产业大转移、制造业布局大调整的趋势。其中广泛采用先进制造技术和先进制造模式，是当今国际制造业发展的突出现象。以制造业快速发展为标志的工业化阶段，是经济发展的必经阶段。把握先进制造业的发展趋势，借鉴有益的国际经验对于我国实施“十二五”发展战略，推动制造业转型升级，具有重要的现实意义。 先进制造技术的缘由 近年，随着经济的高速发展和科学的不断进步，高速度、高质量、高效率逐渐被广大公司所追求，于是先进的制造

4、技术就被提上日程。 目前对于先进制造技术尚未有一明确的定义。普遍认为：先进制造技术是制造业不断吸收、改进、提高信息技术和现代管理技术的成果，并将其运用于产品设计、加工、检测、生产管理、产品销售、使用、回收等制造全过程技术的总称。第一章 高速加工的技术优势 与传统加工方式相比，在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。高速加工时间短，产品精度高，可以获得十分光滑的加工表面，能有效地加工高硬度材料和淬硬钢，避免了电极的制造和费时的电加工 (EDM)时间，大幅度减少了钳工的打磨与抛光量。同时，模具表面因电加工 (EDM)产生白硬层消失了，提高了模具的寿命，减少了返修。因

5、为电极的制造工作不需要了，所以模具改型只需通过CADCAM，使改型加快。一些市场上越来越需要的薄壁模具工件，高速加工可又快又好地完成。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。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1m，刀具切削效率可提高一倍。 第二章 模具高速加工工艺技术与策略2.1 粗加工时采用的加工策略 模具粗加工的主要目标是追求单位时间内材料的去除率，并为半精加工准备工件的几何轮廓。在切削过程中因切削层金属面积发生变化， 导致刀具承受的载荷发生变化，使切削过程不稳定，刀具磨损速度不均

6、匀，加工表面质量下降。 可通过以下措施保持切削条件恒定，从而获得 良好的加工质量： (1)通过计算获得恒定的切削层面积和材料去除率，使切削载荷与刀具磨损速率保持均衡,以提高刀具寿命和加工质量。 (2)应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化,以免因局部过切而造成刀具或设备的损坏。 (3)应保持刀具轨迹的平稳，避免突然加速或减速 。 (4)下刀或行间过渡部分最好采用斜式下刀或圆弧下刀，避免垂直下刀直接接近工件材料。(5)采用攀爬式切削可降低切削热，减小刀具受力和加工硬化程度，提高 加工质量。22 半精加工采用的加工策略 模具半精加工的主要目标是使工件轮廓形状平整，表面精加工余量均匀，这对于工具钢模具尤

7、为重要，因为它将影响精加工时刀具切削层面积的变化及刀具载荷的变化，从而影响切削过程的稳定性及精加工表面质量。 粗加工是基于体积模型，精加工则是基于面模型。现有的模具高速加工CADC AM软件大都具备剩余加工余量分析功能，并能根据剩余加工余量的大小及分布情况采用合理的半精加工策略。例如 ProE软件提供的局部铣削功能，如果局部铣削工序的剩余加工余量取值与粗加工相等，该工序只用一把小直径铣刀来清除粗加工未切到的角落，然后再进行半精加工；如果取局部铣削工序的剩余加工余量值作为半精加工的剩余加工余量，则该工序不仅可清 除粗加工未切到的角落，还可完成半精加工。 23 精加工采用的加工策略 模具的高速精加

8、工策略取决于刀具与工件的接触点，而刀具与工件的接触点随着加工表面的曲面斜率和刀具有效半径的变化而变化。对于由多个曲面组合而成的复杂曲面加工，应尽可能在一个工序中进行连续加工，而 是对各个曲面分别进行加工，以减少抬刀、下刀的次数。 由于加工中表面斜率的变化，如果只定义加工的侧吃刀量，就可能造成在斜率f 同的表面上实际步距均匀，从而影响加工质量。Hyper Mill软件提供了等步距加工方式，可保证在走刀路径中均匀的侧吃刀量，而 受表面斜率及曲率的限制，保证刀具在切削过程中始终承受均匀的载荷。 精加工曲面的曲率半径应大于刀具半径的1.5倍，以避免进给方向的突然转变。在模具的高速精加工中，在每次切入、

9、切出工件时，进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接，避免采用直线转接，以保持切削过程的平稳性。 第三章 模具高速加工对加工系统的要求 高速切削系统主要由高速切削 CNC机床、高性能的刀具夹持系统、高速切削刀具、高速切削的CAM系统软件等几部分组成。 31 高速切削CNC机床（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，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，如德国Deckel Maho公司的桥式结构或龙门结构的DMC系列高速立式加工中心，使机床

10、获得了在静态和动态方面史大限度的稳定性。 （2）高速运动系统 高速运动系统包括高速主轴系统和高速进给系统两部分。 （3）高性能CNC控制系统 先进的数控系统是保证模具复杂曲面高速加工质量和效率的关键因素，模具高速切削加工要 求数控系统有：CNC控制系统高速的数字控制回路、先进的插补方法 (基于NURBS的样条插补)、预处理 (Lookahead)功能、误差补偿功能等。 32 高性能的刀具夹持系统 夹持系统高速铣床的刀具夹持系统要求其有很高的动平衡性，且具有绝对的定心性。主轴、 刀柄、刀具三者在旋转时只有具有极高的同心度，才能保证高速、高精度加工。否则转速越高离心力越大，当其达到系统的临界状态将

11、会使刀具系统发生激振，其结果是加工质量 F降，刀具寿命缩短，加速主轴轴承磨损，严重时会使刀具与主轴损坏。它的主要发展趋势是空心锥部和主轴端面同时接触的双定位式刀柄 (如德国OTT公司的HSK刀柄)，其轴向定位精度可达0001mm。在高速旋转的离心力作用下，刀夹锁紧更为牢固，其径向跳动不超过 5gm。 33 高速切削刀具 刀具技术和机床制造，从一开始就相辅相成共同发展，高速切削刀具应具有良好的机械性能 和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。为满足模具高速加工的要求，其采用的刀具材料主要是硬质合金，并且普遍采用刀具涂层技术，涂层材料为氮化钛 (TiN)、氮化铝钛 (TiALN)等

12、。 34 高速切削的CAM系统软件 高速切削具有合适的CAM编程软件也是至关重要的。高速加工CAM编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残余分析功能等。数控编程可分为CAD和CAM，在使用CAM系统进行高速加工数控编程时，除刀具和加工参数根据具体情况选择外，加工方法的选择和采用的编程策略就成为了关键。所以，还应有一名出色编程工程师对零件的几何结构有一个正确的理解，具备对于理想工序安排以及合理刀具轨迹设计的知识和概念 。才能注意加工方法的安全性和有效性，尽一切可

13、能保证刀具轨迹光滑平稳和刀具载荷均匀，使高速切削发挥其最大的效能。第四章 实现数控高速切削加工的关键技术研究 数控高速切削加工是一个复杂的系统工程，涉及到切削机理、切削机床、刀具、切削过程监控及加工工艺等诸多相关的硬件与软件技术，数控高速切削技术的实施和发展，依赖于此系统中的各个组成要素的，这些实现数控高速切削技术离不开的关键技术，具体体现在以下方面： 4.1高速切削机理 有关各种材料在高速加工条件下，切屑的形成机理，切削力、切削热的变化规律，刀具磨损规律及对加工表面质量的影响规律，对以上基础理论的实验和研究，将有利于促进高速切削工艺规范的确定和切削用量的选择，为具体零件和材料的加工工艺制定提

14、供理论基础，属于原理技术。目前，黑色金属及难加工材料的高速切削工艺规范和切削用量的确定，是高速切削生产中的难点，也是高速切削加工领域研究的焦点。 4.2高速切削机床技术模块 高速切削机床需要高速主轴系统、快速进给系统和高速CNC控制系统。高速加工要求主轴单元能够在很高的转速下工作，一般主轴转速10000 r/min以上，有的甚至高达60000100000r/min，且保证良好动态和热态性能。其中关键部件是主轴轴承，它决定着高速主轴的寿命和负载容量，也是高速切削机床的核心部件之一，主轴结构的改进和性能的提高是高速机床的一项重要单元技术。另一项重要的单元技术是高速进给系统。随着机床主轴转速的提高，

15、为保证刀具每齿或每转进给量不变，机床的进给速度和进给加速度也相应提高，同时空行程速度也要提高。因此，机床进给系统必须快速移动和快速准确定位，这显然对机床导轨、伺服系统、工作台结构等提出了新的更高要求，是制约高速机床技术的关键单元技术。 4.3高速切削刀具技术模块 由机床、刀具和工件组成的高速切削加工工艺系统中，刀具是最活跃的因素。切削刀具是保证高速切削加工顺利进行的最关键技术之一。随着切削速度的大幅度提高，对切削刀具材料、刀具几何参数、刀体结构等都提出了不同于传统速度切削时的要求，高速切削刀具材料和刀具制造技术都发生了巨大的变化，高速切削加工时，要保证高的生产率和加工精度，更要保证安全可靠。因

16、此，高速切削加工的刀具系统必须满足具有良好的几何精度和高的装夹重复定位精度，装夹刚度，高速运转时良好的平衡状态和安全可靠。尽可能减轻刀体质量，以减轻高速旋转时所受到的离心力，满足高速切削的安全性要求，改进刀具的夹紧方式。刀具系统的技术研究和发展是数控高速切削加工的关键任务之一。4.4数控高速切削工艺高速切削作为一种新的切削方式，要应用于实际生产，缺乏可供参考的应用实例，更没有实用的切削用量和加工参数数据库，高速加工的工艺参数优化是当前制约其应用的关键技术之一。另外，高速切削的零件NC程序要求必须保证在整个切削过程中载荷稳定，但是现在使用的多数CNC软件中的自动编程功能都还不能满足这一的要求，需

17、要由人工编程加以补充和优化，这在一定程度上降低了高速切削的价值，必须研究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，充分发挥数控高速切削的优势。 高速切削加工技术的发展和应用有赖于以上原理方面、机床、刀具、工艺等各项关键单元技术的发展和综合。 第五章 高速切削技术应用方面研究状况和发展趋势由于高速切削在提高生产效益方面具有巨大潜力，早己成为美、日、德等国竞相研究的重要技术领域。美国日本等国早在60年代初，就开始了超高速切削机理的研究。上世纪70年代，美国已经研制出最高转速达20000r/min 的高速铣床。如今，欧美等发达国家生产的不同规格的各种超高速机床已经商业化生产并进入

18、市场，在飞机、汽车及模具制造行业实际应用。例如，在美国波音公司等飞机制造企业，已经采用数控高速切削加工技术超高速铣削铝合金、钛合金等整体薄壁结构件和波导管、挠性陀螺框架等普通方法难加工的零件。近年来，美、欧、日等国对新一代数控机床、高速加工中心、高速工具系统的研究和产业化进程进一步加快，高性能的电主轴技术及其产品的专业化生产步伐加大；高性能的刀具系统技术也进展迅速；直线电机技术应用于高速进给系统。我国在研究和开发高速切削技术方面，许多高校和研究所作了努力和探索，包括切削机理、刀具材料、主轴轴承、等方面，也取得了相当大的成就。 然而，与国外工业发达国家相比，仍存在着较大的差距，基本上还处在实验室的研究阶段。为适应社会经济发展需要，满足航空航天、汽车、模具等各行业的制造需求，数控高速切削技术应用研究任重道远。 目前，针对高速切削技术的研究已从实验阶段转向应用阶段。在应用方面的研究包括两个层面：一是高速加工关键技术的基础理论