毕业论文(超高速切削技术及其应用).doc

超高速切削加工技术及其应用的研究目录0前言101超高速切削概念、内容及特点1111 超高速切削概念1112 超高速切削的研究内容1113 超高速切削特点122. 超高速切削的技术体系 133 超高速切削的技术关键及目前解决方案1331超高速切削的技术关键1332超高速切削关键技术解决方案151超高速切削机床152超高速切削刀具173CADCAM174超高速切削的数控编程174 超高速切削加工技术的应用174.1 超高速切削在航空航天工业中的应用174.2 超高速切削在纤维增强塑料中的应用184.3 超高速切削在模具制造业中的应用184.4 超高速切削在汽车制造业中的应用185. 超高速切削加工技术的开展前景与展望186. 答谢辞207. 参考文献20超高速切削加工技术及其应用摘要：高速切削加工技术是一种用比常规切削高得多的切削速度进行切削加工的高效新技术，高速切削加工可用于加工有色金属、铸铁、钢、纤维强化复合材料等，还可以用于切削加工各种难加工材料现在，高速切削技术已渐趋成熟，并开始在制造领域中大显身手。高速机床的单元技术和整机水平正在逐步提高。技术根底雄厚的机床厂推出了多种高速、高精度的机床产品，并且在航空航天制造、汽车工业和模具制造、轻工产品制造等重要工业领域创造了惊人的效益。高速切削技术和高速加工机床越来越多地受到工业部门的青睐。关键词：超高速切削 切削刀具 切削机床Ultrahigh speed cutting technology and its applicationAbstract: The high speed slices to pare processing technology is a kind of use to compare the normal regulations to slice to pare high have to have another of slice and pare the speed carry on slice to pare to process of efficiently and lately technique, the high speed slice to pare to process and can used for processing the color metals, iron casting, the steel, fiber enhance compound material etc., can also used for slice to pare to process various difficult process the material. now, the high speed slice to pare the technique already gradually mature, and start in make realm show the artistic skill greatly.Unit technique and the whole machine levels of the high-speed tool machine are raising gradually.The strong tool machine factory of the technique foundation released the tool machine product of various high speed, high accuracy, and in the aviation aerospace manufacturing, the automobile industry and the molding tool manufacturings, the light work product made the important industry realm of etc. to create the astonishing performance.The high speed slices to pare the technique and high speeds to process the favor that the tool machine is subjected to the industry section more and more.Key words: Ultra high speed cutting Cutting tool Machine tools0前言超高速切削(High Speed Cutting)以下简称HSC技术是国际上7080年代以来迅速开展起来的一项先进的机械加工技术，它是在机床结构材料、刀具材料、机床设计制造技术、计算机控制技术、测量测试技术等飞速开展的根底上， 由机械加工自身的开展规律和需要产生和开展的。由于HSC的特殊规律，它具有切削速度高、进给速度大，加工效率高、加工本钱低、加工精度高等一系列优点，是一项极有前途的新技术。近十年来，由于计算机控制技术、CADCAM、FMS、CLMS技术在机械加工中大量应用，生产加工中的辅助时间得以大量节约，在总加工时间中所占的比例愈来愈小，而切削加工时间所占的比重相应地增大，因此要进一步提高加工效益，势必要把降低切削加工时间，亦即提高切削速度列入议程。这样，随着工业技术的开展，开展和应用超高速切削技术显得十分重要，与此相对应，对超高速机床的需求量也逐年提高。据估计，超高速机床的世界市场需求量每年为七亿美元，且每年按数亿美元的速度增长。在我国， 目前航空工业急需配置超高速铣床(整体壁板铣床)。此外，根据调查，目前我国模具制造行业(火花集团)迫切需要超高速机床， 由于尚无这方面的技术和装备，每年约有数亿美元的模具制造业务不能承接。其它行业的潜在需求量也相当之大。正因为如此，德国法兰克福Bettle研究所1988年在关于机床工业开展前景的研究报告中指出，超高速切削加工隐藏着巨大的开展潜力，机床工业界要使自己在尖端加工技术方面所花的投资转化为竞争力，就应在实际中加倍重视超高速加工。目前国际上对HSC技术的研究正方兴未艾，有关HSC机理的研究也在不断进行，HSC机床也不断推出， 并在实际运用中产生了巨大的经济效益。1超高速切削概念、内容及特点11 超高速切削概念超高速加工技术是指采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，超高速加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速加工各种材料的切削速度范围为：铝合金已超过1600mmin，铸铁为1500mmin，超耐热镍合金达300mmin，钛合金达1501000mmin，纤维增强塑料为2OO09000mmin。各种切削工艺的切速范围为：车削7007000mmin，铣削3006000mmin，钻削2001100mmin，磨削250ms以上等等。12超高速切削的研究内容(1)超高速切削机理研究。对超高速切削加工过程、各种切削现象、各种被加工材料的超高速切削性能以及超高速切削的工艺参数优化等进行系统研究。(2)超高速主轴单元制造技术研究。主轴材料、结构、轴承的研究与开发；主轴系统动态特性及热态性研究；柔性主轴及其轴承的弹性支承技术研究；主轴系统的润滑与冷却技术研究；主轴的多目标优化设计技术、虚拟设计技术研究；主轴换刀技术研究。(3)超高速进给单元制造技术研究。高速位置芯片环的研制；精密交流伺服系统及电机的研究；系统惯量与伺服电机参数匹配关系的研究；机械传动链静、动刚度研究；加减速控制技术研究；精密滚珠丝杠副及大导程丝杠副的研制等。(4)超高速加工用刀具磨具及材料研究。研究开发各种超高速加工(包括难加工材料)用刀具磨具材料及制备技术。(5)高速CNC控制系统：超高速加工要求CNC控制系统具有快速数据处理能力和高功能化特性，以保证加工复杂曲面轮廓时，具有良好的加工性能。还要具有高速插补及超前处理能力，防止刀具轨迹偏移和突发事故。(6)超高速加工在线检测与控制技术研究。对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部位和驱动控制系统的监控技术，对超高速加工用刀具磨具的磨损和破损、磨具的修整等状态以及超高速加工过程中工件加工糖度、加工外表质量等在线监控技术进行研究。13 超高速切削特点高速切削速度较之常规切削速度几乎高出一个数量级，其切削机理异于常规切削。由于切削机理的改变，使得高速切削技术具有如下特点：(1)切削力小由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力减少，切削变形减小，从而使切削力比常规切削降低30 以上，尤其是主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力大幅度减少，特别适合于加工薄壁类刚性差的工件，如飞机上的机翼壁板等。(2)工件热变形小在高速切削时，90以上的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，工件积累热量少，工件温升不会超过3 ，根本保持冷态，不会由于温升导致热变形，特别适合于Jam细长易热变的工件。(3)材料切除率高随切削速度的提高，进给速度也相应提高510倍，单位时间内的材料切除率可达常规切削的36倍，适用于材料切除率要求大的场合，在航空航天、汽车和模具制造等领域，高速切削技术已成为加工整体构件最理想的制造技术。在2001年德国汉诺威举办的欧洲机床展览会(EMO)上展出的荷兰Unisign公司制造的Unipro-5型五轴立式加工中心(X行程1000 mm、Y行程800mm)，电主轴功率100kW，最高转速25，000rmin，最大扭矩90N·m，其铣削铝合金的材料切除率已达8,00010，000cm min。(4)工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工在高速切削时，机床的激振频率很高，远远超出了“机床一刀具一工件工艺系统的固有频率范围(50300Hz)，使得加工过程平稳，振动小，可实现高精度、低粗糙度加工。高速切U；tl工获得的外表质量常可达磨削水平，因此常可省去铣削后的精加工工序。例如，瑞士DIXI机械公司生产的DHP50高精度卧式加工中心，工作台500×500mm，双托盘，行程为700×700×700mm，主轴转速为12，000rmin，功率为25kw，刀库容量65把，换刀时间4s(T-T)，6s(C-C)，定位精度4gm，重复定位精度2Bm(按ISO2302g准)，测量分辨率05btm。高速切削尤其适合于光学等领域的加工。(5)可加工难加工材料难加工材料如高锰钢、淬硬钢、奥氏体不锈钢、复合材料和耐磨铸铁等的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。高速切削时，由于切削力小，切屑变形阻力小，刀具磨损小，故可加工一些难加工材料。例如，航空制造业中大量采用的镍基合金、钛合金材料强度大、硬度高、耐冲击、易加工硬化，切削温度高，刀具磨损严重，在常规切削中一般采用很低的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可提高到10o1000mmin，不但能大幅度提高机床生产率，而且能有效减少刀具磨损，提高工件外表加工质量。(6)高速干切削可以实现加工过程的绿色制造高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法，是对传统切削方式的一种技术创新。它相对于湿切削而言，是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺，它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。目前，能实现高速干切削的工件材料有铸铁、铝合金、滚动轴承钢等。2.超高速切削的技术体系超高速切削技术是一项综合性高技术，按其内容、特点和相互关系可分为技术原理、根底技术、单元技术和总体技术4个层次，见图1。其中技术原理是通过超高速切削、磨削实验和 理论分析所揭示出的加工机理，加工过程的变形、力、温度、摩擦和磨损规律，超高速条件 下加工系统各局部的稳定性、可靠性及弹性扩展特性分析。为超高速切削技术提出根本要求 和提供实验与理论依据。根底技术和单元技术是实现超高速切削的关键所在，包括材料技术 ，构件、元件及部件的设计和制造技术，控制和监测方法。应用了许多技术领域(如机械、 电气、轴承、控制等)的最新成果，集中表达了超高速切削技术高性能、高精度、高可靠性 和高速度的特点。超高速切削的总体技术是各单元技术按应用特征和技术性能的进一步集成 。图1超高速切削技术体系3超高速切削的技术关键及目前解决方案31超高速切削的技术关键(1)超高速切削机理在超高速切削机理研究方面，特别需要进行的工作是：通过对各种材料的超高速切削加工机理、各种新型刀具的超高速加工性能以及超高速切削工艺参数优化的系统性研究，将实验研究与计算机仿真方法相结合，最终建立完善的根底理论体系和加工工艺参数数据库，还要利用虚拟现实技术，开发超高速切削的计算机动画、视觉及预测仿真软件，以揭示超高速切削的内在规律。(2)超高速主轴单元制造技术目前，超高速加工机床的主轴的变速范嗣完全由新型的变频调速交流主轴电机来实现，并电机和机床主轴合二为一，构成“电主轴。在高速主轴部件上必须采用高速精密轴承。现在有2种适宜用于超高速运转的新型轴承一陶瓷滚动轴承和磁浮轴承。(3)超高速加工进给单元制造技术目前，高速加工中心和NC铣床工作台的进给速度和快速空行程速度都已很高，因而对进给部件的动态特性提出了非常高的要求。其主要措施是大幅度减轻移动部件重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，有的甚至采用了直线电机，省去了中间传动件。(4)超高速加工用刀具超高速切削刀具是实现超高速加工的关键技术之一。超高速加工用刀具单元技术所涉及的关键技术主要有：超高速加工用刀具材料及制备技术，超高速加工用刀具结构及刀具几何参数的研究等。超高速加工刀具必须与工件材料有较少的化学亲和性，具有优良的机械性能、热稳定性、抗冲击和热疲劳特性。常用的材料主要有超细晶粒硬质合金、聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、氮化硅(si，N )陶瓷材料、混合陶瓷和碳(氮)化钛基硬质合金以及用气相沉淀法的超硬材料涂层刀具等。对于超高速切削用刀具，其结构设计和刀具的装夹结构是非常重要的。为了使刀具具有足够的使用寿命和低的切削力，刀具的几何角度必须选择最正确数值。超高速切削各种工件材料时刀具最正确前角、最正确后角的推荐值如表3所示。超高速切削加工用刀具要有可靠的刀体结构和刀片夹紧结构。为此，刀体与刀片之间的联结配合要封闭，刀片夹紧机构要有足够的夹紧力，同时对超高速回转刀具还应提出动平衡的要求，其次装夹结构设计必须有利于迅速换刀并有广泛的互换性和较高的重复精度。(5)超高速加工机床的支承及辅助单元制造技术实践证明，超高速机床运转时，铸铁材料已不能作支承根底，而要改用人造花岗岩作机床根底支承件。这种材料是用大小不等的石英岩颗粒作填料，用热固性树脂做粘结剂，在模型中浇铸后通过聚合反响成型，并采用预埋金属构件的方法，形成导轨和连接面。这种材料的阻尼特性为铸铁的7-l0倍，比重只有铸铁的13。(6)超高速加工测试技术超高速加工测试技术主要指在超高速加工过程中通过传感、分析、信号处理等，对超高速机床及系统的状态进行实时在线的监测和控制，其涉及的关键技术主要有：基于监控参数的在线检测技术，超高速加工的多传感信息融合检测技术，超高速加工机床中各单元系统功能部件的测试技术，超高速加工中工件状态的测试技术以及超高速加工中自适应控制技术及智能控制技术等。32 超高速切削关键技术解决方案1超高速切削机床1高速电主轴电主轴是将电机直接放在主轴前后轴承之间使之成为一体的主轴形式，它较好解决了传统机床主轴通过皮带、齿轮或通过联轴节直连等传动所存在的振动、发热大和惯量大而导致的角加(减)速度低的问题。支承件的结构形式和精度是影响主轴精度、刚度及机械效率等的主要因素。超高速主轴主要有以下几种形式的轴承：空气轴承、静动压轴承、磁浮轴承及滚动轴承。空气静压轴承所能承受的切削载荷较小、过载能力较差，多用于高速、轻载和超精密的场合。动静压混合轴承采用流体动力及静力相结合的方法使主轴在油膜支撑中旋转。这种轴承径向和轴向跳动精度高、刚度好、阻尼特性好、轴承寿命高。美国Ingersoll公司已将采用动静压混合轴承的电主轴商品化。磁悬浮轴承是用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来的新型轴承，它无磨损、不需润滑、精度高、易实现实时诊断和再线监控，是未来超高速主轴轴承的一种选择。目前这种轴承价格昂贵，且还有一些技术上的问题，如冷却要求高，轴承耗能、发热较大、过载后会烧坏主轴等。目前有瑞士IBAG、德国GMN、日本Seiko Seiki曲等公司提供这种类型的电主轴。采用硬度高、耐磨性好、密度小的陶瓷材料做滚珠，内外滚道采用钢制并进行涂层或外表处理的混合陶瓷轴承是目前使用最广泛且经济的轴承、它具有高速、高刚度、温升低及寿命长的特点，随着技术开展，纯陶瓷轴承将进一步提高滚动轴承的使用性能。超高速切削机床的电主轴一般要求从静止到最高转速12秒，加速度1g甚至更高，这些参数要求主轴控制器具有极高的动态品质、精度、可靠性及可维护性。采用矢量控制的PWM交流变频系统是这种控制的最正确选择。主轴驱动电机在将电能转化为机械能的同时，也有一局部转化为热能。在超高速主轴系统中，多将电机与主轴合二为一故这局部热量不易散发所以必须对电机冷却。冷却多采用含添加剂的冷却水在一定的管路中循环，兼顾电机及支承的冷却。主轴支承润滑一般有：油脂润滑、油雾润滑、喷油润滑、油气润滑。油脂润滑为一次性永久润滑。不需复杂的润滑装置和管路维修简便但允许的最高速度较低，一般dm ·n<12×103mmin；油雾润滑会污染环境，一般较少采用；喷油润滑是将油柬以较大速度射在轴承内圈和保持架之间，通过回油装置迅速将加热后的润滑油带出去，这种方式需对润滑油进行喷油、回油、过滤、冷却等操作，装置的投资本钱昂贵，但其dm·n可达27-30×106mmin；油气润滑是将油滴定时注射到一个管路中并由气流将它沿管壁带到轴承处，使轴承各局部都得到适量的润滑，油滴量和气流压力通过轴承的温度传感器信号自动加以调节，采用油气润滑后，轴承dm·n比油脂润滑提高30-50 。2)快速进给系统与高速电主轴相适应的是快速进给系统。目前用于高速切削的进给系统的驱动装置主要有两种形式：改良的滚珠丝杠驱动装置与直线电机。改良的滚珠丝杠驱动装置所能到达的加速度为05 1g，定位精度2025m，为提高加速度其采用的措施主要有提高滚珠丝杠刚度、选用大额定扭矩的伺服电机等。当加速度超过1g后，直线电机是唯一的选择，直线电机是无接触直接驱动，没有滚珠丝杠的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度缺乏的缺点。加速度可到达25g以上，定位精度05 005m，甚至更高。直线电机的高加、减速特性，使切削过程稳定，易到达较高的机床轨迹精度，刀具磨损少。除上述优点外直线电机还存在一些缺点，如发热问题、其磁场对周围灰尘及铁屑的吸附等但随着直线电机技术的不断开展，这些问题将最终被解决。目前直线电机已广泛用于超高速机床，如HyperMach的机床采用直线电机后进给速度最大达60mmin，快移速度100mmin，加速度2g。3)高性能的计算机控制系统高速机床的计算机控制系统必须满足高运算速度及精度的要求。为此控制系统采多用32位CPU、64位CPU。并采用多CPU形式，以减少伺服循环时间,如Fanuc- 15B 32位控制器执行梯形图程序的速度达01s。为提高被加工零件的形状及尺寸精度。高速机床的计算机控制系统普遍采用精简指令集(RISC)系统及GT(Geometric Intelligence)控制等技术保证系统具有多程序段预读、零轨迹跟踪误差、前馈控制、回冲加速、平滑插补、钟形加减速等功能。全数字交流伺服驱动系统使伺服控制具有灵敏度高，并可实现变结构控制。4)适合高速加工的刀夹系统当主轴转速超过10000rmin后，由于离心力的作用。传统的采用7：24锥柄的BT型刀夹，由于锥口的扩张，使刀具的连接精度及刚度下降并出现颤振，同时刀具及夹紧机构的可靠性下降是主轴的动平衡受到影响。针对上述问题，出现了新型的刀夹系统。如德国的HsK系列、美国的KM系列及724的改良型。HSK采用锥度局部和端面同时与主轴面接触的结构，它的锥体局部724型短且为薄壁结构，主轴与刀柄的配合精度高，这种刀夹系统具有很高的接触刚度和定位重复精度(定位重复精度可达0OOlmm)，并且夹紧可靠。KM系列与Hf 系列类似。724的改良型主要有Kemet公司的ABSK结构及WSU一1、WSU-2结构等。2超高速切削刀具针对不同的材料，选用的超高速切削刀具材料不同。对于易切削铝合金可采用的刀具材料为K10、K20、PCD；铸铝合金，当Si含量小于12 ，可采用的刀具材料为K10、SiN，当Si含量大于12。可采用的刀具材料为PKD、PCD、CVD金刚石涂层刀具；铸铁，可采用的刀具材料为涂层硬质合金、金属陶瓷、SiN陶瓷、CBN刀具；普通钢。可采用的刀具材料为涂层硬质合金、金属陶瓷非金属陶瓷、CBN刀具；高硬度钢，可采用的刀具材料为TiC涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、PCBN刀具；高温镍基合金，可采用的刀具材料主要为陶瓷、CBN刀具；复合材料，可采用的刀具材料有硬质合金、PCD、陶瓷。高速切削下，刀具结构主要考虑：刀具切削角度。为提高切削刃的强度及散热能力、减少刀具磨损，相对普通切削刀具，高速切削刀具前角小。后角大；刀刃形状。为提高刀具耐用度，刀尖处采用圆弧过渡刃。另外研究说明，采用曲面前刀面和空间曲线刃可提高刀具排屑性。超高速加工中，刀具的平衡尤为重要。目前瑞士Fischer公司推出了一种在线自动动平衡装置，该装置可在一秒钟内。消除8090 的由动不平衡引起的振动。3CADCAM由于机床的计算机控制系统中的内存相对较少，而加工复杂曲面时。NC代码文件非常大，必须快速的将CAM 系统产生的数据通过网络传人机床的计算机控制系统中。普通的DNC的数据传输速度为11O一384O0波特率之间，最常用的为9600波特率，难以满足高速加工的需要。直接CNC网络(DCN)的传输速度是DNC的一千倍，可很好的解决上述问题。即使加工精密零件时，NC代码定义的位移为00025mm，也可满足数据传输要求。4超高速切削的数控编程超高速切削的数控编程要充分考虑到超高速切削的特点，根据经验要注意以下方面：(1)刀具进入材料的状态，尽量防止加工方向的突然改变，对拐角采用多把刀具单独加工，效果更好。(2)减少刀具退出和重新进人材料的次数，维持刀具的稳定切削状态。保持切削厚度的均匀，以减少刀具变形、提高寿命及加工质量。(3)对工件轮廓的复杂局部进行预处理，粗加工时要考虑到形状的准确性，不能仅考虑材料去除，因为过大的余量造成切削负载加大，对于精加工的小直径刀具不利。(4)用圆弧连接相邻的直线段，可减少加减速程序的频繁调用及转换。(5)防止高速进给加工时遇到沟槽。这方面经验还很多，有待进一步整理。4超高速切削加工技术的应用4.1 超高速切削在航空航天工业中的应用航空航天工业中许多零件采用薄壁、细筋结构，由于刚度差，不允许有较大的吃刀深度，因此，高速切削成为此类零件加工工艺的唯一选择。飞机上的一些零件为了提高可靠性和降低本钱，将原来由多个铆接或焊接而成的部件，改用整体实心材料制造，此即“整体制造法。有的整体构件的材料去除率高达9O，采用高速切削可大大提高生产率和产品质量，降低制造本钱，这也是高速切削技术在飞机制造业获得广泛应用的主要原因。例如，波音公司在生产波音F15战斗机时，采用“整体制造法，飞机零件数量减少了42 ，用高速铣削代替组装方法得到大型薄壁构件，减少了装配等工艺过程。航空和动力工业部门还大量采用镍基合金(如inconel 718)和钛合金(如TiAI6V4)制造飞机和发动机零件。这些材料强度大、硬度高、耐冲击，加工中容易硬化，切削温度高，刀具磨损严重，属于难加工材料，至今一般仍采用很低的切削速度进行加工。如采用超高速切削，刚其切削速度可提高到1001 000 mmin，为常规切速的l0倍左右不但可大幅度提高生产效率，而且可有效地减少刀具磨损，提高加工零件的外表质量。4.2 超高速切削在纤维增强塑料中的应用纤维增强塑料是机械工业常用的新型复合材料，分碳素纤维和玻璃纤维两大类，切削这种材料时，对刀具有十分严重的刻划作用，刀具很容易磨损。当用金刚石刀具对这种材料进行超高速切削时(切速V=2 OOO5 000 mmin，进给量S=l040 mmin)，上述问题都可防止，加工精度和效率将明显提高。4.3 超高速切削在模具制造业中的应用模具型腔加工过去一直为电加工所垄断，但其加工效率低。而超高速加工切削力小，可淬硬HRC60的模具钢，加工外表粗糙度值又很小，浅腔大曲率半径的模具完全可用高速铣削来代替电加工；对深腔小曲率的，可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工，电加工只作为精加工。这样可使生产效率大大提高，周期缩短。4.4 超高速切削在汽车制造业中的应用以高速加工技术为根底的敏捷柔性自动生产线被越来越多的国内外汽车制造厂家使用。国内如一汽群众捷达轿车自动生产线，由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成，年产轿车能力15万辆，制造节拍150分辆；上海群众桑塔纳轿车自动生产线等。国外如美国GM发动机总成工厂的高速柔性自动生产线、福特汽车公司和Ingersoll机床公司合作研制的以HVM800卧式加工中心为主的汽车生产线等。5超高速切削加工技术的开展前景与展望虽然超高速切削技术日渐成熟，取得了许多令人瞩目的成就，但随着制造观念更新和制造技 术的全面进步，超高速切削将在如下几个方面取得新的开展：(1)在干切削或准干切削状态下实现绿色的超高速切削通常在超高速切削时必须喷注足够的切削液，其主要目的在于对刀具和工件加工外表进行冷 却和对第二、第三变形区进行润滑。然而在切削液的整个生命周期都有一定程度的环境污染 和资源消耗。尤其超高速切削的切屑温度很高，切屑量很大，切削液更易蒸发和分解造成较 大的污染。采用干切削或最小量雾化润滑MQL的准干切削方式，会从根本上改善切削的 环境状态，到达工业生产的有关环保标准ISO14000系列要求，同时节省对切削液的直接 投资和废液处理及环保费用。刀具技术是到达这一目的的关键。德国在这方面的研究处于领 先地位。(2) 在重切削工艺中进行超高速切削重切削(Heavy-duty)是指对大型或重型零件的切削加工，它的特点是切深大、切削负荷重、 功率高、切削 时间长、加工效率低。在重切削加工中进行超高速切削的技术难度更大，但对提高我国大中 型设备制造的生产效益有十分重要的作用，如新日本工机SNK的某车床超高速加工大型轧辊 ，比普通加工的效率提高5倍。(3) 开发和完善各种超高速切削工艺方法目前，超高速切削的研究和应用主要针对铣、镗工艺。而孔加工钻、铰和攻丝工艺约占 切削总量的30%以上，切削处于半封闭状态的恶劣条件。车削那么是一种更为普遍的切削工艺 。研究和开发这两类加工中的超高速切削技术特别是对黑色合金的高速孔加工技术，将有利 于机械加工效益的全面提高。孔加工的难点在于刀具和孔区材料的加工温度都很高，孔内高 速排屑困难，特别在孔径方向的速度梯度很大时，有一些特殊的规律，因此开发出耐高温磨 损、排屑效率高的刀具系统是实现超高速孔加工的关键。车削是工件旋转，不同工件的尺 寸、重量和不平衡质量都会在较大范围内变动，并且这些参数在切削过程还将发生变化，这 就要求超高速车床的主轴系统有更高、更可靠的动态特性和自平衡能力。这也是超高速车床 或车削中心至今很少的一个主要原因。(4) 难加工材料的超高速切削难加工材料的切削加工性极低，如铁基高温合金的相对加工性仅为0.2左右。由于材料的导 热性差，切削温度高，刀具磨损快，普通切削时受刀具材料的限制，只能采用很低的切削速 度。如今，难加工材料使用愈来愈广泛，特别在国防工业中难加工材料占有很大的比例。这 类材料的超高速切削依然是一个久攻难克的问题。通过深入研究难加工材料的切削特征，提 高超硬刀具材料稳定性、研制新型刀具材料及新型制作工艺如基于高温固体润滑原理的纳 米复合涂层工艺，开发出适合于难加工材料超高速切削的刀具系统，将使其速度范围有较 大的提高。到“十五末，可使钛合金的超高速铣削速度到达200 m/min左右。(5) 基于新型检测技术的加工状态监控系统主轴转速和进给速度的极大提高，一方面使工况监控比以往更为必要，监控内容除传统的加 工质量外还增加了加工过程的稳定性和平安性。另一方面对监控系统的灵敏性、瞬时响应性 和可靠性提出了更高的要求，需要改良检测方法或采用新的检测原理，例如加工中心通常用 装在主轴的扭矩轴承监测刀具工作是否正常。假设超高速机床继续采用这种方法，显然主轴的 转动惯量由此而增加，要求扭矩轴承必须经过高精度的动态平衡，且其材料也应保证在高转 速条件下有足够的耐磨性。但要实现这些要求，工艺技术方面有较大的难度。另一种基于主 轴功率变化的检测方法因实时性不够而难以到达要求。因此必须研究采用质量轻、体积小、 灵敏度高的新型传感器如Z元件和开发具有多项检测功能的超高速切削监控系统。 超高速切削技术是当今世界制造业中一项快速开展的高新技术，是继数控技术之后给机械制造业带来的又一次革命性变化的高新技术。该技术以其切削力小、切削热少、零件变形小、变质层薄及加工质量效率高，成为最有前途的制造方法之一。超高速切削技术的应用，将使我国的制造业具有快速反响能力，在13趋剧烈的市场竞争中，能以高效率、高质量赢得市场，极大地提高产品的竞争力。答谢辞在毕业论文即将完成之际，我想向曾经给我帮助和支持的人们表示衷心的感谢！首先要感谢我的论文指导老师周老师，他在学习方面给了我大量的指导，让我学到了知识，掌握了科研的方法，也获得了实践锻炼的时机。他严谨的治学态度、对我的严格要求以及为人处世的坦荡将使我终身受益。感谢培养我的学校常州信息职业技术学院，在论文资料的搜集过程中，学校给予了我最大的空间，让我能够顺利的写完初稿。还要感谢我的同学，我们在一起互相帮助，互相勉励，有了你们我才会充实而又愉快的完成这次的论文。再次谢谢大家！参考文献(1)于信汇,赵仲义,诸乃雄.超高速切削技术的特点与开展过程J.上海机床,1993,第3期:3(2)刘 悦,刘英舜.超高速加工技术的应用和开展趋势J.机床与液压,2O03,第5期:67 (3)席俊杰,徐颖.高速切削技术的开展及应用J.制造业自动化,2005,第12期:2627,62(4)苏发,李文双,孙洪江,胡金平.超高速切削加工及其关键技术J.煤矿机械, 2004,第7期:8182(5)周延佑电主轴一最新颖的机床功能部件J.机械制造，1998,第7期:46(6)陈华.超高速数控机床控制系统J.制造技术与机床，2000, 第7期:l2l4(7)袁人炜.高速切削加工中刀具材料的选用J.机械工艺师,2000,第7期:l214(8)张伯霖,谢影明,肖曙红.超高速切削的原理与应用J.中国机械工程,1995,第6卷第1期:17(9)王西彬.超高速切削技术及其新进展.中国机械工程，2000，第2期：l90194毕业设计论文成绩评定表一、指导教师评分表总分为70分序 号考 核 项 目满 分评 分1工作态度与纪律102调研论证103外文翻译54设计论文报告文字质量105技术水平与实际能力156根底理论、专业知识与成果价值157思想与方法创新5指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、辩论小组评分表总分为30分序 号考 核 项 目满 分评 分1技术水平与实际能力52根底理论、专业知识与成果价值53设计思想与实验方法创新54设计论文报告内容的讲述55答复下列问题的正确性10辩论小组评价意见建议等第： 辩论小组组长教师签名： 年 月 日三、系辩论委员会审定表1 审定意见2审定成绩等第_ 系主任签字： 年 月 日