先進(jìn)切削加工技術(shù)綜述（一）

時(shí)間：2008-05-30瀏覽：843次收藏

1 引言

20 世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，為爭(zhēng)取技術(shù)優(yōu)勢(shì)，各國(guó)紛紛開(kāi)展先進(jìn)制造技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。伴隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)一方面發(fā)展了以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)的自動(dòng)化加工技術(shù)，另一方面發(fā)展了各種新的加工方法和加工工藝，比較典型的有(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削技術(shù) 等。微機(jī)械(或微型裝置)是另一個(gè)新型研究領(lǐng)域，其加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)具有巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。虛擬切削加工技術(shù)是在計(jì)算機(jī)上借助虛擬現(xiàn)實(shí)、立體建模和仿真技術(shù)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)合理性和可加工性，對(duì)產(chǎn)品的加工過(guò)程進(jìn)行模擬與仿真，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的加工質(zhì)量、制造周期、使用性能等，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品的研制周期，獲得最佳產(chǎn)品質(zhì)量、最低生產(chǎn)成本和最短開(kāi)發(fā)周期。本文主要綜述(超)高速切削、干切削、硬切削、(超)精密切削、虛擬切削加工技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容及其關(guān)鍵技術(shù)。

2 高速切削加工技術(shù)

提高切削速度一直是切削加工領(lǐng)域十分關(guān)注并為之不懈努力的重要目標(biāo)。雖然目前國(guó)內(nèi)外專家尚未對(duì)高速切削的切削速度的界定達(dá)成共識(shí)，但通常認(rèn)為高速切削的切削速度比常規(guī)切削速度高5~10倍以上。

高速切削加工技術(shù)是在機(jī)床結(jié)構(gòu)及材料、機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計(jì) 制造技術(shù)、高效高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)、高速切削機(jī)理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件與軟件技術(shù)綜合應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。因此，高速切削加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，高速切削加工技術(shù)體系(見(jiàn)圖1)是機(jī)床、刀具、工件、加工工藝、切削過(guò)程監(jiān)控、切削機(jī)理等諸多方面的有機(jī)集成。

高速切削加工具有以下特點(diǎn)：①切削力隨著切削速度的提高而下降；②切削產(chǎn)生的熱量絕大部分被切屑帶走；③加工表面質(zhì)量提高；④在高速切削范圍內(nèi)機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍。以上特點(diǎn)有利于提高生產(chǎn)效率；有利于改善工件的加工精度和表面質(zhì)量；有利于減少模具加工中的手工拋光；有利于減小工件變形；有利于使用小直徑刀具；有利于加工薄壁零件和脆性材料；有利于加工較大零部件；可替代其它加工工藝(如磨削)，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，隨著切削速度的提高，刀具壽命會(huì)下降。

目前，航空制造業(yè)(尤其是大型整體鋁合金薄壁飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工)、模具制造業(yè)、汽車制造業(yè)等行業(yè)均已積極采用高速切削加工技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù) 具體加工情況合理選用高速機(jī)床和加工工藝，不同的生產(chǎn)領(lǐng)域和加工對(duì)象對(duì)高速機(jī)床的性能要求和適用的工藝方法是有區(qū)別的。適于高速切削加工的工件材料包括鋁合金、鋼、鑄鐵、鉛、銅及銅合金等，隨著高速切削加工技術(shù)的發(fā)展，其適用材料的范圍已進(jìn)一步拓寬到模具鋼、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金、纖維增強(qiáng)合成樹(shù)脂等難加工材料?，F(xiàn)在，傳統(tǒng)切削工藝能夠加工的工件材料高速切削幾乎都能加工，而傳統(tǒng)切削工藝很難加工的工件材料(如鎳基合金、鈦合金、纖維增強(qiáng)塑料等)在高速切削條件下將變得易于切削。常用工件材料的高速切削速度范圍見(jiàn)表1。目前，高速切削加工技術(shù)主要應(yīng)用于車削和銑削工藝。隨著各類高速切削機(jī)床的開(kāi)發(fā)，高速切削工藝范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，高速切削將涵蓋所有的傳統(tǒng)加工范疇，包括從粗加工到精加工，從車削、銑削到鏜削、鉆削、拉削、鉸削、攻絲、滾齒等。各種加工工藝對(duì)應(yīng)的高速切削速度范圍見(jiàn)表2。

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表1 不同工件材料對(duì)應(yīng)的(超)高速切削線速度范圍

工件材料	高速切削速度 (m/min)	超高速切削速度 (m/min)

纖維增強(qiáng)塑料	1000～8000	>8000