職業(yè)技師鑒定論文淺談數(shù)控高速切削加工各參數(shù)的選擇姓名：所報工種：加工中心操作工申報等級：二級身份證號：所在單位：目錄摘要...........................................................................................................................1關(guān)鍵詞.......................................................................................................................1前言...........................................................................................................................11高速切削加工理論基礎(chǔ)........................................................................................11.1切屑形成特征...................................................................................................12切削力的基本關(guān)系...............................................................................................23切削熱和切削溫度..............................................................................................34高速切削對機床的要求

.......................................................................................44.1高穩(wěn)定性的機床支撐部件

...............................................................................4總結(jié)...........................................................................................................................6參考文獻...................................................................................................................7【摘要】：本文介紹了高速加工技術(shù)的特點及切削條件，刀具的性能及技術(shù)是實現(xiàn)高速切削的前提條件之一，本文對高速切削的刀具技術(shù)進行了系統(tǒng)論述，高速切削刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)?！娟P(guān)鍵詞】：高速切削加工；刀具；刀具材料淺談數(shù)控高速切削加工各參數(shù)的選擇1高速切削加工理論基礎(chǔ)1.1切屑形成特征眾所周知，根據(jù)材料和切削條件的不同，切削時通常形成四種類型的切屑：帶狀切屑（連續(xù)切屑）、鋸齒狀切屑（節(jié)狀切屑）、單元切屑和崩碎切屑。如圖3-1所示，切削塑性金屬材料，由于切削條件的變化，一般形成帶狀或鋸齒狀切屑，少數(shù)形成單元切屑；而切削脆性金屬，最常見成為崩碎切屑。高速切削時，特別是自動化加工中，切屑的類型非常重要，長的連綿不斷的帶狀切屑，纏繞工件或刀具，損壞工件和刀具表面，雖害操作者，無法正常切削，甚至損壞機床。周期性的鋸齒狀或單元切屑，會造成高速切削力的高頻變化，從而影響加工精度與表面粗糙度和刀具壽命。因此，分析研究高速切削時的切屑形成特征具有重要的意義。

不同材料在不同狀態(tài)下的切屑形態(tài):(a)供貨狀態(tài)，切削速度127.2m/min（b）硬度325HB，切削速度125.5m/min連續(xù)帶狀切屑（D.LEE）鋸齒狀切屑(c)硬度325HB，切削速度250m/min(d)硬度325HB，切削速度2600m/min鋸齒狀切屑即將分離的鋸齒狀切屑高速切削不同狀態(tài)AISI4340鋼（40CrNiMoA）時的切屑形態(tài)（縱截面微觀照片）（（a）、（b）、（c）、（d）從komarduri）圖3-1切屑類型帶狀切屑；(b)鋸齒狀切屑；(c)單元切屑；(d)崩碎切屑切削滲碳淬硬20CrMnTi鋼（HRC60～62）在100～110m/min時的切屑形貌工件材料及其性能和切削條件對切屑形態(tài)起主要作用，其中工件材料及其性能有決定性的影響。一般低硬度和高熱物理性能KρC（導(dǎo)熱性K、密度ρ和比熱容C的乘積）的工件材料如鋁合金、低碳鋼和未淬硬的鋼與合金鋼等，在很大切削速度范圍內(nèi)易形成連續(xù)帶狀切屑。

硬度較高和低熱物理特性KρC的工件材料，如熱處理的鋼與合金鋼、鈦合金和超級合金，在很寬的切削速度范圍均形成鋸齒狀切屑，隨切削速度的提高，鋸齒化程度增高，直至形成分離的單元切屑2切削力的基本關(guān)系切削時，剪切面上發(fā)生變性所需要的力必須由刀具的前刀面通過切屑傳到前切面上，其中。主要有剪切力F，切削層材料經(jīng)過切面時，沿著剪切面滑移，以致造成動量的改變需要加一個作用力Fm，F(xiàn)f為作用在后刀面上的摩擦力。如圖3-5所示：剪切力為：Fs=Sc×As=SsAc/sin?（式2-1）單位時間產(chǎn)生的切屑質(zhì)量為，則切屑動量改變所需要的作用力為：Fm=ρAcVVs=ρAcV2cosγo/cos(?-γo)（式2-2）式中：Ss——剪切面上的剪應(yīng)力Ac——切削層截面積ρ——工件材料的密度?——剪切角直角切削時剪切角和前刀面受力簡圖實驗證明在高速切削時計算的φ角與測量的結(jié)果有良好的一致性在高速切削范圍內(nèi)，隨切削速度提高，摩擦系數(shù)減少，剪切角φ增大，切削力降低。高速切削4340鋼（40CrNiMoA）時剪切角φ的計算值與測量值的比較（Recht）如果工件材料、切削面積Ac和刀具前角γo一定，則切削力主要由?、β而定，但它們又受切削速度的影響。當(dāng)然，對一定工件材料，其動態(tài)剪切強度Ss隨切削溫度變化而變化。因此，切削速度直接影響切削力大小。從前面的分析可知，切削開始時，隨切削速度增加，雖摩擦系數(shù)μ增加，剪切角?減少，切削力增加。但在高速切削范圍內(nèi)，則隨切削速度提高，摩擦系數(shù)μ減少，剪切角?增大，切削力降低3切削熱和切削溫度

切削時的熱量主要來自剪切變形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切時，切削熱主要由切屑、工件和刀具傳出去，周圍介質(zhì)傳出小于1％。切削時熱的產(chǎn)生與傳出立銑鋁合金時，流入各部分的切削熱量Al2O3基陶瓷刀具端銑淬硬鋼T10A（HRC58～65）時的切削溫度切削速度對切削溫度的影響試驗結(jié)果。隨切削速度的提高，開始切削溫度升高很快，但達到一定速度后，切削溫度的升高逐漸緩慢，甚至很少升高。(4)表面粗糙度隨V增加，加工表面粗糙度有所減少。實驗用的ACE－V500加工中心最高轉(zhuǎn)數(shù)為10000r/min，其一段和二階固有頻率分別為50Hz（3000r/min）和113Hz（6780r/min）。涂層立銑刀銑削溝槽時轉(zhuǎn)速對加工粗糙度的影響4高速切削對機床的要求

4.1高穩(wěn)定性的機床支撐部件：

高速切削機床的床身等支撐部件應(yīng)具有很好的動、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機床都采用高質(zhì)量、高剛性和高抗張性的灰鑄鐵作為支撐部件材料，有的機床公司還在底座中添加高阻尼特性的聚合物混凝土，以增加其抗振性和熱穩(wěn)定性，不但保證機床精度穩(wěn)定，也防止切削時刀具振顫；采用封閉式床身設(shè)計，整體鑄造床身，對稱床身結(jié)構(gòu)并配有密布的加強筋，如德國Deckel

Maho公司的橋式結(jié)構(gòu)或龍門結(jié)構(gòu)的DMC系列高速立式加工中心，美國Bridgeport公司的VMC系列立式加工中心，日本日立精機VS系列高速加工中心，使機床獲得了在靜態(tài)和動態(tài)方面更大限度的穩(wěn)定性。一些機床公司的研發(fā)部門在設(shè)計過程中，還采用模態(tài)分析和有限元結(jié)構(gòu)計算，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使機床支撐部件更加穩(wěn)定可靠。

高速主軸系統(tǒng)

高速主軸是高速切削技術(shù)最重要的關(guān)鍵技術(shù)，也是高速切削機床最重要的部件。要求動平衡性很高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準確的測溫裝置和高效的冷卻裝置。高速切削一般要求主軸轉(zhuǎn)速能力不小于40000r/min,主軸功率大于15kW。通常采用主軸電機一體化的電主軸部件，實現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動，電機大多采用感應(yīng)式集成主軸電動機。而隨著技術(shù)的進步，新近開發(fā)出一種使用稀有材料鈮的永磁電機，該電機能更高效，大功率地傳遞扭矩，且傳遞扭矩大。易于對使用中產(chǎn)生的溫升進行在線控制，且冷卻簡單，不用安裝昂貴的冷卻器，加之電動機體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，所以大有取代感應(yīng)式集成主軸電動機之勢。最高主軸轉(zhuǎn)速受限于主軸軸承性能，提高主軸的dn值是提高主軸轉(zhuǎn)速的關(guān)鍵。目前一般使用較多的是熱壓氮化硅(Si3N4)陶瓷軸承和液體動、靜壓軸承以及空氣軸承。潤滑多采用油-氣潤滑、噴射潤滑等技術(shù)。最近幾年也有采用性能極佳的磁力軸承的。主軸冷卻一般采用主軸內(nèi)部水冷或氣冷。

高精度快速進給系統(tǒng)

高速切削是高切削速度、高進給率和小切削量的組合，進給速度為傳統(tǒng)的5～10倍。這就要求機床進給系統(tǒng)很高的進給速度和良好的加減速特性。一般要求快速進給率不小于60m/min，程序可編輯進給率小于40m/min，軸向正逆向加速大于10m/s2(1g)。機床制造商大多采用全閉環(huán)位置伺服控制的小導(dǎo)程、大尺寸、高質(zhì)量的滾珠絲杠或大導(dǎo)程多頭絲杠。隨著電機技術(shù)的發(fā)展，先進的直線電動機已經(jīng)問世，并成功應(yīng)用于CNC機床。先進的直線電動機驅(qū)動使CNC機床不再有質(zhì)量慣性、超前、滯后和振動等問題，加快了伺服響應(yīng)速度，提高了伺服控制精度和機床加工精度。不僅能使機床在f=60m/min以上進給速度下進行高速加工，而且快速移動速度達f=120m/min，加速度達2g，提高了零件的加工精度。但直線電動機在使用中存在著承載力小、發(fā)熱等問題，有待改進。

高效的冷卻系統(tǒng)

高速切削中機床的主軸、滾珠絲杠

、導(dǎo)軌等產(chǎn)生大量的熱，如不進行有效的冷卻，將會嚴重影響機床的精度。大多采用強力高壓、高效的冷卻系統(tǒng)，使用溫控循環(huán)水或其他介質(zhì)來冷卻主軸電動機、主軸軸承、滾珠絲杠、直線電動機、液壓油箱等。Yamazen公司將壓力為6.8MPa的冷卻液通過主軸中心孔，對機床主軸、刀具和工件進行冷卻。日本日立精機公司研制開發(fā)出通過在中空的滾珠絲杠中傳輸冷卻液，達到冷卻絲杠穩(wěn)定加工目的的滾珠絲杠冷卻器。為了避免導(dǎo)軌受溫升的影響，日立公司和軸承商聯(lián)合研制出Eeo-Eeo的導(dǎo)軌潤滑脂，該潤滑脂潤滑和冷卻效果好，無有害物質(zhì)，能進行自動潤滑及不需專用設(shè)備等特點。日立精機機床公司VS系列CNC高速銑就采用此潤滑脂，具有良好的使用及經(jīng)濟效果。

高性能CNC控制系統(tǒng)：

高速切削加工要求CNC控制系統(tǒng)有快速處理數(shù)據(jù)的能力，來保證高速加工時的插補精度。一般要求程序段傳送速率

1.6～20ms，RS232系列數(shù)據(jù)接口

19.2

Kbit/s(20ms)，Ethernet數(shù)據(jù)傳送

200Kbit/s(1.6ms)。

新一代的高性能CNC控制系統(tǒng)采用32位或64位CPU，程序段處理時間短至1.6ms。

近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為CNC機床加工中的主要通訊手段和控制工具，相信不久的將來，將形成一套先進的網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)，通訊將更快和更方便。大量的加工信息可通過網(wǎng)絡(luò)進行實時傳輸和交換，包括設(shè)計數(shù)據(jù)、圖形文件、工藝資料和加工狀態(tài)等，極大提高了生產(chǎn)率。但目前用得最多的還是利用網(wǎng)絡(luò)改善服務(wù)，給用戶提供技術(shù)支持等等。美國Cincinati

Machine公司研制開發(fā)出了網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)，用戶只要購買所需的軟件、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)攝像機和耳機等，即可上網(wǎng)，無需安裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，通過網(wǎng)上交換多種信息，生產(chǎn)率得到了提高。日立精機機床公司開發(fā)的萬能用戶接口的開放式CNC系統(tǒng)，能將機床CNC操作系統(tǒng)軟件和因特網(wǎng)連接，進行信息交換。

高安全性

機床安全門罩高速切削機床普遍采用全封閉式安全