加工中心技师论文

1、【摘要】：本文介绍了高速加工技术的特点及切削条件，刀具的性能及技术是实现高速切削的前提条件之一，本文对高速切削的刀具技术进行了系统论述，高速切削刀具材料等关键技术。 【关键词】：高速切削加工；刀具；刀具材料浅谈数控高速切削加工各参数的选择1高速切削加工理论基础1.1 切屑形成特征众所周知，根据材料和切削条件的不同，切削时通常形成四种类型的切屑：带状切屑（连续切屑）、锯齿状切屑（节状切屑）、单元切屑和崩碎切屑。如图3-1所示，切削塑性金属材料，由于切削条件的变化，一般形成带状或锯齿状切屑，少数形成单元切屑；而切削脆性金属，最常见成为崩碎切屑。高速切削时，特别是自动化加工中，切屑的类型非常重要，长

2、的连绵不断的带状切屑，缠绕工件或刀具，损坏工件和刀具表面，虽害操作者，无法正常切削，甚至损坏机床。周期性的锯齿状或单元切屑，会造成高速切削力的高频变化，从而影响加工精度与表面粗糙度和刀具寿命。因此，分析研究高速切削时的切屑形成特征具有重要的意义。 不同材料在不同状态下的切屑形态: (a) 供货状态，切削速度127.2m/min（b）硬度325HB，切削速度 125.5m/min 连续带状切屑（D.LEE） 锯齿状切屑 (c)硬度325HB，切削速度250m/min (d)硬度325HB，切削速度2600m/min锯齿状切屑 即将分离的锯齿状切屑 高速切削不同状态AISI4340钢（40CrNi

3、MoA）时的切屑形态（纵截面微观照片）（a）、（b）、（c）、（d）从komarduri） 图3-1 切屑类型(a) 带状切屑；(b) 锯齿状切屑；(c) 单元切屑；(d) 崩碎切屑 切削渗碳淬硬20CrMnTi钢（HRC6062）在100110m/min时的切屑形貌工件材料及其性能和切削条件对切屑形态起主要作用，其中工件材料及其性能有决定性的影响。 一般低硬度和高热物理性能KC（导热性K、密度和比热容C的乘积）的工件材料如铝合金、低碳钢和未淬硬的钢与合金钢等，在很大切削速度范围内易形成连续带状切屑。     硬度较高和低热物理特性KC的工件材料，如热处

4、理的钢与合金钢、钛合金和超级合金，在很宽的切削速度范围均形成锯齿状切屑，随切削速度的提高，锯齿化程度增高，直至形成分离的单元切屑2 切削力的基本关系切削时，剪切面上发生变性所需要的力必须由刀具的前刀面通过切屑传到前切面上，其中。主要有剪切力F，切削层材料经过切面时，沿着剪切面滑移，以致造成动量的改变需要加一个作用力Fm，Ff为作用在后刀面上的摩擦力。如图3-5所示：剪切力为： Fs = Sc×As = SsAc/ sinø （式2-1）单位时间产生的切屑质量为 ，则切屑动量改变所需要的作用力为： Fm = AcVVs = AcV²coso/cos(ø-o

5、) （式2-2）式中：Ss 剪切面上的剪应力 Ac 切削层截面积 工件材料的密度 ø 剪切角直角切削时剪切角和前刀面受力简图实验证明在高速切削时计算的角与测量的结果有良好的一致性在高速切削范围内，随切削速度提高，摩擦系数减少，剪切角增大，切削力降低。高速切削4340钢（40CrNiMoA）时剪切角的计算值与测量值的比较（Recht）如果工件材料、切削面积Ac和刀具前角o一定，则切削力主要由ø、而定，但它们又受切削速度的影响。当然，对一定工件材料，其动态剪切强度Ss随切削温度变化而变化。因此，切削速度直接影响切削力大小。从前面的分析可知，切削开始时，随切削速度增加，虽摩擦系数

6、增加，剪切角ø减少，切削力增加。但在高速切削范围内，则随切削速度提高，摩擦系数减少，剪切角ø增大，切削力降低3切削热和切削温度 切削时的热量主要来自剪切变形功、刀屑和刀工件摩擦功。干切时，切削热主要由切屑、工件和刀具传出去，周围介质传出小于1。切削时热的产生与传出 立铣铝合金时，流入各部分的切削热量 Al2O3基陶瓷刀具端铣淬硬钢T10A（HRC5865）时的切削温度切削速度对切削温度的影响试验结果。随切削速度的提高，开始切削温度升高很快，但达到一定速度后，切削温度的升高逐渐缓慢，甚至很少升高。(4)表面粗糙度 随V增加，加工表面粗糙度有所减少。实验用的ACEV500加工中

7、心最高转数为10000r/min，其一段和二阶固有频率分别为50Hz（3000r/min）和113Hz（6780r/min）。涂层立铣刀铣削沟槽时转速对加工粗糙度的影响4高速切削对机床的要求 4.1 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，不但保证机床精度稳定，也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，如德国Deckel

8、60;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，美国Bridgeport公司的VMC系列立式加工中心，日本日立精机VS系列高速加工中心，使机床获得了在静态和动态方面更大限度的稳定性。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，优化了结构，使机床支撑部件更加稳定可靠。 高速主轴系统 高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术，也是高速切削机床最重要的部件。要求动平衡性很高，刚性好，回转精度高，有良好的热稳定性，能传递足够的力矩和功率，能承受高的离心力，带有准确的测温装置和高效的冷却装置。高速切削一般要求主轴转速能力不小于40000r/min,主轴

9、功率大于15kW。通常采用主轴电机一体化的电主轴部件，实现无中间环节的直接传动，电机大多采用感应式集成主轴电动机。而随着技术的进步，新近开发出一种使用稀有材料铌的永磁电机，该电机能更高效，大功率地传递扭矩，且传递扭矩大。易于对使用中产生的温升进行在线控制，且冷却简单，不用安装昂贵的冷却器，加之电动机体积小，结构紧凑，所以大有取代感应式集成主轴电动机之势。最高主轴转速受限于主轴轴承性能，提高主轴的dn值是提高主轴转速的关键。目前一般使用较多的是热压氮化硅(Si3N4)陶瓷轴承和液体动、静压轴承以及空气轴承。润滑多采用油-气润滑、喷射润滑等技术。最近几年也有采用性能极佳的磁力轴承的。主轴冷却一般采

10、用主轴内部水冷或气冷。 高精度快速进给系统 高速切削是高切削速度、高进给率和小切削量的组合，进给速度为传统的510倍。这就要求机床进给系统很高的进给速度和良好的加减速特性。一般要求快速进给率不小于60m/min，程序可编辑进给率小于40m/min，轴向正逆向加速大于10m/s²(1g)。机床制造商大多采用全闭环位置伺服控制的小导程、大尺寸、高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠。随着电机技术的发展，先进的直线电动机已经问世，并成功应用于CNC机床。先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题，加快了伺服响应速度，提高了伺服控制精度和机床加工精度。不仅能使

11、机床在f=60m/min以上进给速度下进行高速加工，而且快速移动速度达f=120m/min，加速度达2g，提高了零件的加工精度。但直线电动机在使用中存在着承载力小、发热等问题，有待改进。 高效的冷却系统 高速切削中机床的主轴、滚珠丝杠 、导轨等产生大量的热，如不进行有效的冷却，将会严重影响机床的精度。大多采用强力高压、高效的冷却系统，使用温控循环水或其他介质来冷却主轴电动机、主轴轴承、滚珠丝杠、直线电动机、液压油箱等。Yamazen公司将压力为6.8MPa的冷却液通过主轴中心孔，对机床主轴、刀具和工件进行冷却。日本日立精机公司研制开发出通过在中空的滚珠丝杠中传输冷却液，达到

12、冷却丝杠稳定加工目的的滚珠丝杠冷却器。为了避免导轨受温升的影响，日立公司和轴承商联合研制出Eeo-Eeo的导轨润滑脂，该润滑脂润滑和冷却效果好，无有害物质，能进行自动润滑及不需专用设备等特点。日立精机机床公司VS系列CNC高速铣就采用此润滑脂，具有良好的使用及经济效果。 高性能CNC控制系统： 高速切削加工要求CNC控制系统有快速处理数据的能力，来保证高速加工时的插补精度。一般要求程序段传送速率 1.620ms，RS232系列数据接口 19.2 Kbit/s(20ms)，Ethernet数据传送 200Kbit/s(1.6ms)。 新

13、一代的高性能CNC控制系统采用32位或64位CPU，程序段处理时间短至1.6ms。 近几年网络技术已成为CNC机床加工中的主要通讯手段和控制工具，相信不久的将来，将形成一套先进的网络制造系统，通讯将更快和更方便。大量的加工信息可通过网络进行实时传输和交换，包括设计数据、图形文件、工艺资料和加工状态等，极大提高了生产率。但目前用得最多的还是利用网络改善服务，给用户提供技术支持等等。美国Cincinati Machine公司研制开发出了网络制造系统，用户只要购买所需的软件、调制解调器、网络摄像机和耳机等，即可上网，无需安装网络服务器，通过网上交换多种信息，生产率得到了提高。日立

14、精机机床公司开发的万能用户接口的开放式CNC系统，能将机床CNC操作系统软件和因特网连接，进行信息交换。 高安全性 机床安全门罩高速切削机床普遍采用全封闭式安全门罩，高强度透明材料制成的观察窗等更完备的安全保障措施，来保证机床操作者及机床周围现场人员的安全，避免机床、刀具和工件等有关设施受到损伤。一些机床公司还在CNC系统中开发了机床智能识别功能，识别并避免可能引起重大事故的工况，保证产品的产量和质量。 高精度、高速度的传感检测技术 这包括位置检测、刀具状态检测、工件状态检测和机床工况监测等技术。总结从对高速切削加工这项先进制造技术的陌生到深入研究，对高速切削加工技术：高速主轴、刀具的选用和材料的发展、加工工艺的优化、加工参数的合理选用以及工件表面粗糙度和表面质量作了详细的学习和介绍。由于本人对高速切削了解不多，加之时间紧，难免有疏漏之处，竟请各位老师给予批评，指正，提出宝贵的意见。参考文献：1盛晓敏