加工中心-技師論文

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(bào)工種：加工中心操作工申報(bào)等級(jí)：二級(jí)身份證號(hào)：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(duì)機(jī)床的要求

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

...............................................................................4總結(jié)...........................................................................................................................6參考文獻(xiàn)...................................................................................................................7【摘要】：本文介紹了高速加工技術(shù)的特點(diǎn)及切削條件，刀具的性能及技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速切削的前提條件之一，本文對(duì)高速切削的刀具技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)論述，高速切削刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)。【關(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(shí)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(shí)，特別是自動(dòng)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(jī)床。周期性的鋸齒狀或單元切屑，會(huì)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(shí)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(shí)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(shí)的切屑形貌工件材料及其性能和切削條件對(duì)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(jí)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(shí)，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(shí)，沿著剪切面滑移，以致造成動(dòng)量的改變需要加一個(gè)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(shí)間產(chǎn)生的切屑質(zhì)量為，則切屑動(dòng)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(shí)剪切角和前刀面受力簡圖實(shí)驗(yàn)證明在高速切削時(shí)計(jì)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(shí)剪切角φ的計(jì)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(duì)一定工件材料，其動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)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(shí)，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(shí)的熱量主要來自剪切變形功、刀－屑和刀－工件摩擦功。干切時(shí)，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(shí)熱的產(chǎn)生與傳出立銑鋁合金時(shí)，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(shí)的切削溫度切削速度對(duì)切削溫度的影響試驗(yàn)結(jié)果。隨切削速度的提高，開始切削溫度升高很快，但達(dá)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(shí)驗(yàn)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(shí)轉(zhuǎn)速對(duì)加工粗糙度的影響4高速切削對(duì)機(jī)床的要求

4.1高穩(wěn)定性的機(jī)床支撐部件：

高速切削機(jī)床的床身等支撐部件應(yīng)具有很好的動(dòng)、靜剛度，熱剛度和最佳的阻尼特性。大部分機(jī)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(jī)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(jī)床精度穩(wěn)定，也防止切削時(shí)刀具振顫；采用封閉式床身設(shè)計(jì)，整體鑄造床身，對(duì)稱床身結(jié)構(gòu)并配有密布的加強(qiáng)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(jī)VS系列高速加工中心，使機(jī)床獲得了在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)方面更大限度的穩(wěn)定性。一些機(jī)床公司的研發(fā)部門在設(shè)計(jì)過程中，還采用模態(tài)分析和有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，使機(jī)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(jī)床最重要的部件。要求動(dòng)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(zhǔn)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(jī)一體化的電主軸部件，實(shí)現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動(dòng)，電機(jī)大多采用感應(yīng)式集成主軸電動(dòng)機(jī)。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，新近開發(fā)出一種使用稀有材料鈮的永磁電機(jī)，該電機(jī)能更高效，大功率地傳遞扭矩，且傳遞扭矩大。易于對(duì)使用中產(chǎn)生的溫升進(jìn)行在線控制，且冷卻簡單，不用安裝昂貴的冷卻器，加之電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)、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(jìn)給系統(tǒng)

高速切削是高切削速度、高進(jìn)給率和小切削量的組合，進(jìn)給速度為傳統(tǒng)的5～10倍。這就要求機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)很高的進(jìn)給速度和良好的加減速特性。一般要求快速進(jìn)給率不小于60m/min，程序可編輯進(jìn)給率小于40m/min，軸向正逆向加速大于10m/s2(1g)。機(jī)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng)問世，并成功應(yīng)用于CNC機(jī)床。先進(jìn)的直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)使CNC機(jī)床不再有質(zhì)量慣性、超前、滯后和振動(dòng)等問題，加快了伺服響應(yīng)速度，提高了伺服控制精度和機(jī)床加工精度。不僅能使機(jī)床在f=60m/min以上進(jìn)給速度下進(jìn)行高速加工，而且快速移動(dòng)速度達(dá)f=120m/min，加速度達(dá)2g，提高了零件的加工精度。但直線電動(dòng)機(jī)在使用中存在著承載力小、發(fā)熱等問題，有待改進(jìn)。

高效的冷卻系統(tǒng)

高速切削中機(jī)床的主軸、滾珠絲杠

、導(dǎo)軌等產(chǎn)生大量的熱，如不進(jìn)行有效的冷卻，將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)床的精度。大多采用強(qiáng)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(dòng)機(jī)、主軸軸承、滾珠絲杠、直線電動(dòng)機(jī)、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(duì)機(jī)床主軸、刀具和工件進(jìn)行冷卻。日本日立精機(jī)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(dá)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(jìn)行自動(dòng)潤滑及不需專用設(shè)備等特點(diǎn)。日立精機(jī)機(jī)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(jì)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(shí)的插補(bǔ)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(shí)間短至1.6ms。

近幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為CNC機(jī)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(jìn)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(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和交換，包括設(shè)計(jì)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(jī)和耳機(jī)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(jī)機(jī)床公司開發(fā)的萬能用戶接口的開放式CNC系統(tǒng)，能將機(jī)床CNC操作系統(tǒng)軟件和因特網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換。

高安全性

機(jī)床安全門罩高速切削機(jī)床普遍采用全封閉式安全