高速切削技術(shù)12561

1、安徽理工大學(xué)高速切削技術(shù)李洪喜安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)設(shè)084，淮南232001【摘要】目前，我國(guó)已成為世界飛機(jī)零部件的重要轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國(guó)，波音、麥道、空客等世界著名飛機(jī)制造公司都在我國(guó)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)從尾翼、機(jī)身、艙門到發(fā)動(dòng)機(jī)等各種零部件，這些飛機(jī)零部件的加工生產(chǎn)必須采用先進(jìn)的加工裝備和加工工藝。為此，國(guó)內(nèi)各飛機(jī)制造公司均進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進(jìn)了大量國(guó)外先進(jìn)的加工裝備，使我國(guó)的飛機(jī)制造業(yè)設(shè)備的數(shù)控化率越來越高。與此同時(shí)，大量高速、高效、柔

2、性、復(fù)合、環(huán)保的國(guó)外切削加工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使切削加工技術(shù)發(fā)生了根本的變化。刀具在航空航天加工領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的新階段。與此形成鮮明對(duì)比的是，我國(guó)的裝備制造業(yè)和以制造業(yè)為主要服務(wù)對(duì)象的傳統(tǒng)的工具工業(yè)卻無法滿足航空航天工業(yè)對(duì)現(xiàn)代制造裝備和先進(jìn)加工工藝的要求。關(guān)鍵詞：高效刀具、高速切削刀具、發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題一、航空航天工業(yè)加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢(shì)及其

3、特點(diǎn)①以整體件為代表的鋁合金結(jié)構(gòu)件為了提高零件的可靠性、降低成本和減輕重量，傳統(tǒng)的鉚接結(jié)構(gòu)逐步被整體薄壁的機(jī)加工結(jié)構(gòu)件所代替。這類零件由于大部分是用整體實(shí)心鋁合金材料制成的薄壁、細(xì)筋結(jié)構(gòu)件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削產(chǎn)生的熱量少、切削力小、零件變形小，因此提高生產(chǎn)效率的唯一途徑是采用四軸或五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行高速銑削加工。②以鈦基和鎳基合金零件為代表的難切削材料零件由于鈦（鎳）合金具有比強(qiáng)度高、熱強(qiáng)度好、化學(xué)活性大等特

4、點(diǎn)，目前飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件采用鈦基和鎳基合金材料的逐漸增多。采用高速切削后，其切削速度可提高到100mmin以上，為常規(guī)切削速度的10倍。這類材料的加工特點(diǎn)是：切削力大、切削溫度高、加工硬化和粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重、刀具易磨損。③以碳纖維復(fù)合材料零件為代表的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料現(xiàn)已成為新一代飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)主要材料之一，如飛機(jī)上的大型整體成形的翼面壁板、帶縱墻的整體下翼面等。主要切削工藝有鉆孔和切邊。2.航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)從航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)

5、展趨勢(shì)和特點(diǎn)可以看出，航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)主要包括針對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)件的高速切削加工技術(shù)和針對(duì)鈦（鎳）基合金等難加工材料的切削加工技術(shù)兩個(gè)方面。①鋁合金高速切削加工技術(shù)目前，適用于進(jìn)行鋁合金高速切削的加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般都在10000rmin以上，有的可高達(dá)60000～100000rmin，切削速度可達(dá)2000～5000mmin，加工進(jìn)給速度達(dá)2～20mmin，材料的去除率30～40kgh，工作臺(tái)的加（減）速度達(dá)到1～10g。近年來，國(guó)

6、內(nèi)兩大航空集團(tuán)的飛機(jī)制造骨干企業(yè)均進(jìn)行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進(jìn)的數(shù)控金切機(jī)床總數(shù)就已超過500臺(tái)，絕大多數(shù)是從歐洲、美國(guó)、日本進(jìn)口的高速加工機(jī)床，但由于高速加工的相關(guān)配套技術(shù)（如刀具技術(shù)、高速加工工藝技術(shù)）未能及時(shí)跟上，大多數(shù)設(shè)備在生產(chǎn)中的實(shí)際使用主軸轉(zhuǎn)速在10000rmin左右，未能充分發(fā)揮設(shè)備的效能。有的企業(yè)采用國(guó)產(chǎn)刀具僅能在6000rmin以下使用，15000rmin以上必須采用進(jìn)口刀具。安徽理工大學(xué)0.005mm），性能良好的機(jī)

7、床是實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵因素。其關(guān)鍵技術(shù)有以下幾項(xiàng)：1.高速主軸。高速主軸是高速切削機(jī)床的核心部件，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。高速主軸單元的性能取決于主軸的設(shè)計(jì)方法、材料、結(jié)構(gòu)、軸承、潤(rùn)滑冷卻、動(dòng)平衡、噪聲等多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，隨著對(duì)主軸轉(zhuǎn)速要求的不斷提高，傳統(tǒng)的齒輪———皮帶變速傳動(dòng)系統(tǒng)由于本身的振動(dòng)、噪音等原因已不能適應(yīng)要求，取而代之的是一種新穎的功能部件———電主軸，它將主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一，實(shí)現(xiàn)

8、了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。電主軸采用了電子傳感器來控制溫度，自帶水冷或油冷循環(huán)系統(tǒng)，使主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持恒溫，一般可控制在20～25范圍內(nèi)某一設(shè)定溫度，精度為0.7，同時(shí)使用油霧潤(rùn)滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使主軸免維護(hù)、長(zhǎng)壽命、高精度。2.高速精密軸承。高速軸承是高速切削機(jī)床的核心，是決定高速主軸壽命和負(fù)載容量的最關(guān)鍵部件。（1）磁懸浮軸承。磁懸浮軸承是用電磁力將主軸無機(jī)械接觸地懸浮起來，其轉(zhuǎn)速可達(dá)45000rmin，功率為20k

9、W，精度高，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷和在線監(jiān)控，是理想的支承元件，但其價(jià)格較高。（2）液體動(dòng)靜壓軸承。采用流體動(dòng)、靜力相結(jié)合的辦法，使主軸在油膜支撐中旋轉(zhuǎn)，具有徑、軸向跳動(dòng)小、剛性好、阻尼特性好，適于粗、精加工，壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。但其無通用性，維護(hù)保養(yǎng)較困難。（3）混合陶瓷軸承。用氮化硅制的滾珠與鋼制軌道相組合，是目前在高速切削機(jī)床主軸上使用最多的支承元件，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)離心力小，剛性好，溫度低，壽命長(zhǎng)，功率可達(dá)80kW，轉(zhuǎn)速高達(dá)150000rmin，

10、它的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，便于維護(hù)，價(jià)格低。3.高速伺服系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，機(jī)床不但要有高速主軸，還要有高速的伺服系統(tǒng)，這不僅是為了提高生產(chǎn)效率，也是維持高速切削中刀具正常工作的必要條件。（1）直線電機(jī)伺服系統(tǒng)。直線電機(jī)是使電能直接轉(zhuǎn)變成直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一種推力裝置，將機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零，它的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能敏捷、傳動(dòng)剛度高、精度高、加減速度大，行程不受限制、噪音低、成本較高，在加速度大于1g的情況下，是伺服系統(tǒng)的唯一選擇。（2）滾珠

11、絲杠驅(qū)動(dòng)裝置。滾珠絲杠仍是高速伺服系統(tǒng)的主要驅(qū)動(dòng)裝置，用AC伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并采用液壓軸承，進(jìn)給速度可達(dá)40～60mmin，其加速度可超過0.6g，成本較低，僅為直線電機(jī)的12.5.4.高性能的CNC控制系統(tǒng)。（二）高速切削刀具刀具是機(jī)械加工重要的技術(shù)裝備之一。由于離心慣性力隨著轉(zhuǎn)速升高而迅速增大，高速主軸端部同刀柄頭部的給合在結(jié)構(gòu)和尺寸方面有許多特別之處。目前基本采用HSK形式和系列，需要根據(jù)機(jī)床主軸參數(shù)來確定刀柄參數(shù)，使它們相符吻