課程設(shè)計---高速銑削的應用探討（含外文翻譯）

1、<p>　　分類號　　　　　　　　　　　　</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）</p><p>　　題　　　　目　　高速銑削的應用探討　　　　　　　</p><p>　　并列英文題目　Discussion on Application of high speed milling　　　　　　　　　</p><p>　　系　　

2、部　機電工程系　　　 　 專業(yè) 機電一體化技術(shù)　　</p><p>　　姓　　名　　　　　 班級　機 電0902 班　</p><p>　　指導教師　　　　　 職稱　助 教　　　 </p><p>　　論文報告提交日期　2012年5月30日　</p><p><b>　　摘要<

3、/b></p><p>　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字控制技術(shù)已經(jīng)廣泛的應用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,尤其在機械制造業(yè)中應用十分的廣泛。而高速銑削(HSM)加工作為一種先進切削技術(shù)，自二十世紀八十年代以來得到了日益廣泛應用。高速加工采用遠高于常規(guī)加工切削速度進給速度，不僅可提高加工效率，縮短加工工時，同時還可獲得很高加工精度。</p><p>　　本文介紹了高速銑削技術(shù)的理論、對數(shù)控銑床

4、的要求及高速銑削的應用領(lǐng)域，本文對高速銑削的加工進行了零件加工舉例，系統(tǒng)論述了高速銑削應用的優(yōu)點。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 數(shù)控 銑床 高速銑削 優(yōu)點</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of computer technology, numerical co

5、ntrol technology has been widely used in the various fields of industrial control, especially in the machinery manufacturing industry in a very wide range of applications.High speed milling (HSM) process is a kind of adv

6、anced cutting technology, since the nineteen eighties has been increasingly widely used.High speed machining by far higher than that of a conventional cutting speed feed rate, not only can improve the processing efficien

7、cy,</p><p>　　This paper introduces the theory of technology of high speed milling, CNC milling machine and high speed milling applications, this article on the high speed milling of parts processing for exam

8、ple, introduced the application has the advantages of high speed milling.</p><p>　　Key words: Numerical Control, milling machines, high-speed milling, advantages</p><p><b>　　目錄</b>&l

9、t;/p><p><b>　　第一章 前言1</b></p><p>　　第二章 高速銑削概述2</p><p>　　2.1銑削與高速銑削的基本概念2</p><p>　　2.2 銑削加工的切屑形成特征3</p><p>　　第三章 高速銑削機床及刀具6</p><p&g

10、t;　　3.1 高速銑削機床6</p><p>　　3.2 高速銑削加工的刀柄和刀具9</p><p>　　第四章 高速銑削的應用12</p><p>　　4.1 高速銑削加工在螺紋加工中的應用12</p><p>　　4.2高速銑削在航空和航天工業(yè)中的應用13</p><p>　　4.3高速銑削在汽車制造

11、的應用14</p><p>　　4.4高速銑削在模具制造中的應用15</p><p>　　第五章 高速銑削零件實例加工17</p><p>　　5.1工藝分析與選擇17</p><p>　　5.1.1零件圖工藝分析17</p><p>　　5.1.2確定裝夾方案17</p><p>

12、　　5.1.3確定加工順序17</p><p>　　5.1.4刀具選擇18</p><p>　　5.1.5 擬定數(shù)控切削加工工序卡20</p><p>　　5.2 主要加工程序22</p><p>　　5.2.1 確定編程原點22</p><p>　　5.2.2按工序編制各部分加工程序23&l

13、t;/p><p>　　5.2.3 加工程序23</p><p>　　第六章 高速銑削加工的優(yōu)勢43</p><p>　　6.1可部分替代某些工藝43</p><p>　　6.2 提高生產(chǎn)率44</p><p>　　6.3減少切削產(chǎn)生的熱量44</p><p>　　6.4改善加工精度和表面質(zhì)

14、量45</p><p>　　6.5有利于加工薄壁零件45</p><p><b>　　總結(jié)46</b></p><p><b>　　致謝47</b></p><p>　　附錄 英文翻譯48</p><p><b>　　參考文獻67</b>&l

15、t;/p><p><b>　　第一章 前言</b></p><p>　　在現(xiàn)代機械生產(chǎn)中，隨著對工件的美觀度及功能要求得越來越高，工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計得越來越復雜，工件的外形設(shè)計也日趨復雜，自由曲面所占比例不斷增加，相應的模具結(jié)構(gòu)也設(shè)計得越來越復雜。這些都對加工技術(shù)提出了更高要求，不僅應保證高的制造精度和表面質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速加工技術(shù)研究的不斷深入，尤

16、其在加工機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的推動下，高速加工技術(shù)已越來越多地應用于機械的加工與制造中。 </p><p>　　高速銑削加工不但具有加工速度高以及良好的加工精度和表面質(zhì)量，而且與傳統(tǒng)的切削加工相比具有升溫低,熱變形小，因而適合于溫度和熱變形敏感材料加工；還由于切削力小可適用于薄壁及剛性差的零件加工；合理選用刀具和切削用量，可實現(xiàn)硬材料加工等一系列有點。因此，高速銑削加工時

17、當前的熱門話題，它已經(jīng)向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展，成為第三代制模技術(shù)。目前，高速銑削加工技術(shù)的研究已成為國外先進制造技術(shù)領(lǐng)域重要的研究方向之一。高速銑削也開始慢慢的應用于機械加工當中。</p><p>　　第二章 高速銑削概述</p><p>　　2.1銑削與高速銑削的基本概念</p><p>　　銑削是指使用旋轉(zhuǎn)的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。

18、</p><p>　　工作時刀具旋轉(zhuǎn)（作主運動），工件移動（作進給運動），工件也可以固定，但此時旋轉(zhuǎn)的刀具還必須移動（同時完成主運動和進給運動）。銑削用的機床有臥式銑床或立式銑床，也有大型的龍門銑床。這些機床可以是普通機床，也可以是數(shù)控機床。</p><p>　　數(shù)控高速銑削加工作為模具制造中最為重要的一項先進制造技術(shù)，是集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身的先進制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的切削加工，其切削

19、速度、進給速度有了很大的提高，而且切削機理也不相同。高速切削使切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%，切削力降低了30%，刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間毛坯材料的去除率增加了，切削時間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產(chǎn)品的制造周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。同時，高速加工的小量快進使切削力減少了，切屑的高速排出減少了工件的切削力和

20、熱應力變形，提高了剛性差和薄壁零件切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的低階固有頻率，而工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感，由此降低了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件(HRC45~HRC65)的加工過程中，采用高速切削可以取代電加工和磨削拋光的工序，從而避免了電極的制造和費時的電加工，大幅度減少了鉗工的打磨與拋光量。對于一些市場上越來越需要的薄壁模具工件，高速銑削也可順利完成，而且在高速銑削C<

21、/p><p>　　2.2 銑削加工的切屑形成特征</p><p>　　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2-1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

22、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。</p><p>　　不同材料在不同狀態(tài)下的切屑形態(tài):</p><p>　　(a) 供貨狀態(tài)，切削速度127.2m/min　　　?。╞）硬度325HB，

23、切削速度 125.5m/min </p><p>　　連續(xù)帶狀切屑（D.LEE） 鋸齒狀切屑</p><p>　　(c)硬度325HB，切削速度250m/min (d)硬度325HB，切削速度2600m/min</p><p>　　

24、鋸齒狀切屑 即將分離的鋸齒狀切屑</p><p>　　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）</p><p><b>　　圖2-1 切屑類型</b></p><p>　　帶狀切屑；(b)

25、鋸齒狀切屑；(c) 單元切屑；(d) 崩碎切屑</p><p>　　切削滲碳淬硬20CrMnTi鋼（HRC60～62）在100～110m/min時的切屑形貌</p><p>　　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

26、度范圍內(nèi)易形成連續(xù)帶狀切屑。</p><p>　　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。</p><p>　　第三章 高速銑削機床及刀具</p><p>　　3.1 高速銑削機床</p><p>　　高穩(wěn)定

27、性的機床支撐部件：高速切削機床的床身等支撐部件應具有很好的動、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，

28、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。</p><p>　　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

29、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

30、小，結(jié)構(gòu)緊湊，所以大有取代感應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。</p><p>　　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

31、，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程、大尺寸、高質(zhì)量的滾珠絲杠或大導程多頭絲杠。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，

32、加快了伺服響應速度，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。</p><p>　　高效的冷卻系統(tǒng) 高速切削中機床的主軸、滾珠絲杠 、導軌等產(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

33、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

34、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。</p><p>　　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/

35、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，給用戶提供技術(shù)支持等等。美國Cincin

36、ati 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。</p><p>　　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門罩，高強度透明材料制成的觀察窗等

37、更完備的安全保障措施，來保證機床操作者及機床周圍現(xiàn)場人員的安全，避免機床、刀具和工件等有關(guān)設(shè)施受到損傷。一些機床公司還在CNC系統(tǒng)中開發(fā)了機床智能識別功能，識別并避免可能引起重大事故的工況，保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。 </p><p>　　高精度、高速度的傳感檢測技術(shù) 這包括位置檢測、刀具狀態(tài)檢測、工件狀態(tài)檢測和機床工況監(jiān)測等技術(shù)。</p><p>　　3.2 高速銑削加工的刀柄和刀具 <

38、;/p><p>　　由于高速銑削加工時離心力和振動的影響，要求刀具具有很高的幾何精度和裝夾重復定位精度以及很高的剛度和高速動平衡的安全可靠性。由于高速銑削加工時較大的離心力和振動等特點，傳統(tǒng)的7:24錐度刀柄系統(tǒng)在進行高速切削時表現(xiàn)出明顯的剛性不足、重復定位精度不高、軸向尺寸不穩(wěn)定等缺陷，主軸的膨脹引起刀具及夾緊機構(gòu)質(zhì)心的偏離，影響刀具的動平衡能力。目前應用較多的是HSK高速刀柄和國外現(xiàn)今流行的熱脹冷縮緊固式刀柄。熱

39、脹冷縮緊固式刀柄有加熱系統(tǒng)，刀柄一般都采用錐部與主軸端面同時接觸，其剛性較好，但是刀具可換性較差，一個刀柄只能安裝一種連接直徑的刀具。由于此類加熱系統(tǒng)比較昂貴，在初期時采用HSK類的刀柄系統(tǒng)即可。當企業(yè)的高速機床數(shù)量超過3臺以上時，采用熱脹冷縮緊固式刀柄比較合適。 </p><p>　　刀具是高速銑削加工中最活躍重要的因素之一，它直接影響著加工效率、制造成本和產(chǎn)品的加工精度。刀具在高速加工過程中要承受高溫、高壓、

40、摩擦、沖擊和振動等載荷，高速銑削刀具應具有良好的機械性能和熱穩(wěn)定性，即具有良好的抗沖擊、耐磨損和抗熱疲勞的特性。高速切削加工的刀具技術(shù)發(fā)展速度很快，應用較多的如金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂層硬質(zhì)合金、(碳)氮化鈦硬質(zhì)合金TIC(N)等。 </p><p>　　在加工鑄鐵和合金鋼的切削刀具中，硬質(zhì)合金是最常用的刀具材料。硬質(zhì)合金刀具耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。為提高硬度和表面光潔度

41、，采用刀具涂層技術(shù)，涂層材料為氮化鈦(TiN)、氮化鋁鈦(TiALN)等。涂層技術(shù)使涂層由單一涂層發(fā)展為多層、多種涂層材料的涂層，已成為提高高速切削能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。直徑在10~40mm范圍內(nèi)，且有碳氮化鈦涂層的硬質(zhì)合金刀片能夠加工洛氏硬度小于42的材料，而氮化鈦鋁涂層的刀具能夠加工洛氏硬度為42甚至更高的材料。高速切削鋼材時，刀具材料應選用熱硬性和疲勞強度高的P類硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、立方氮化硼（CBN）與CBN復合刀具材料（WB

42、N）等。切削鑄鐵，應選用細晶粒的K類硬質(zhì)合金進行粗加工，選用復合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）復合刀具進行精加工。精密加工有色金屬或非金屬材料時，應選用聚晶金剛石PCD或CVD金剛石涂層刀具。選擇切削參數(shù)時，針對圓刀片和球頭銑刀，應注意有效直徑的概念。高速銑削刀具應按動平衡設(shè)計制造。刀具的前角比常規(guī)刀具的前角要小，后角略大。主副切削刃連接處應修圓或?qū)Ы?，來增大刀尖角，防止刀尖處熱磨損。應加大刀尖附近的切削刃長度和刀具</p

43、><p>　　第四章 高速銑削的應用</p><p>　　4.1 高速銑削加工在螺紋加工中的應用</p><p>　　用高速銑削刀盤加工螺紋的方法又稱旋風銑削法，其加工表面是刀齒旋轉(zhuǎn)形成的回轉(zhuǎn)表面在不同連續(xù)位置的包絡(luò)面，它一次走刀可完成全部深度加工。加工是包括五個自由度(三個軸向、二個旋轉(zhuǎn))的復雜復合運動過程，加工過程包括工件的旋轉(zhuǎn)運動，工件的螺旋軸向進給運動(也可刀

44、具進給)，銑刀盤螺旋升角偏轉(zhuǎn)調(diào)整及高度與偏心量調(diào)整。它是一種帶沖擊性的斷續(xù)切削，切削力引起工藝系統(tǒng)較大的振動。加工螺紋時，刀刃旋轉(zhuǎn)軸線偏離工件旋轉(zhuǎn)軸線—個偏心量，旋風銑頭應斜置—個相當于螺旋升角的角度。刀具在切削過程中將切去理想軌跡的一部分，產(chǎn)生稱為過切(凹切)的螺紋形狀誤差，這一原理誤差不可避免。還可能形成局部干涉，加之細長桿件易于變形，大量切削熱又使螺距產(chǎn)生較大累積誤差，故其加工精度在普通設(shè)備與一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不高，只能用于粗加工和半

45、精加工。旋風銑削按其工件與刀具相對位置分為內(nèi)旋風銑和外旋風銑兩種。內(nèi)旋風銑削加工螺紋的加工運動有：刀盤的高速旋轉(zhuǎn)運動R、工件的進給旋轉(zhuǎn)運動C、刀盤相對工件的軸向進給運動W、刀盤相對工件的徑向切深運動X。調(diào)整參數(shù)有刀盤軸線同工件軸線的夾角B、偏心量H。在旋風銑削過程中，每齒的切削厚度都是由小變大，再由大變小。</p><p>　　4.2高速銑削在航空和航天工業(yè)中的應用</p><p>　　由

46、于高速銑削產(chǎn)生的熱量少，切削力小，零件的變形小，因此高速銑削非高速常適用于輕合金加工，特別適合以輕合金為主的飛機制造。飛機制造業(yè)是最早采用高速銑削的行業(yè)。其主要優(yōu)點有以下幾個方面： </p><p><b>　　提高切削效率</b></p><p>　　在航空航天及其他一些行業(yè)中，為了最大限度地減輕重量和滿足其他一些要求，許多機械零件采用薄壁、細筋結(jié)構(gòu)。由于剛度差，不

47、允許有較大的吃刀深度，因此，提高生產(chǎn)率的唯一途徑就是提高切削速度和進給速度。</p><p>　　整體高速加工代替組件</p><p>　　由于飛機上的零件對于重量要求比較苛刻，同時也為了提高可靠性和降低成本，將原來由多個飯金件鉚接或焊接而成的組件，改為采用整體實心材料制造，此即“整體制造法”。在整塊毛坯上切除大量材料后，形成高精度的鋁合金或鐵合金的復雜構(gòu)件，其切削工時占整個零件制造總工時

48、的比例很大。同時，普通的切削速度會使零件產(chǎn)生較大的熱變形。采用超高速切削，可大幅度提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本，這是促使飛機制造行業(yè)開發(fā)和應用高速切削技術(shù)的主要原因。高速銑削材料的切除率可達每千瓦功率100~150cm3/min ，比傳統(tǒng)的加工工藝工效提高 3 倍以上。美國玩 Ingersoll公司機床加工的零件，其銑削最薄壁的厚度僅為lmm 。難加工材料的高速切削</p><p>　　航空和動力工業(yè)部門還

49、大量采用鎳基合金（如 inconel718 ）和欽合金（如 TiA16V4 ）制造飛機和發(fā)動機零件。這些材料強度大、硬度高、耐沖擊加工中容易硬化，切削溫度高，刀具磨損嚴重，屬于難加工材料，一般采用很低的切削速度進行加工。如采用超高速切削，則其切削速度可提高到 100 ~1000m / min ，為常規(guī)切速的 10 倍左右，不但可大幅度提高生產(chǎn)率，而且可有效地減少刀具磨損，提高加工零件的表面質(zhì)量。</p><p>

50、　　4.3高速銑削在汽車制造的應用</p><p>　　一輛汽車所需模具上千副，模具的制造周期和質(zhì)量直接影響到汽車的生產(chǎn)周期和質(zhì)量。高速銑削在汽車復雜零件模具制造方面具有獨特的優(yōu)勢。例如：高速銑削中心在加工安全門鎖的注塑模時，所加工材料的硬度為54HRC，使用的最小的刀具為0.6mm，最大切深4.8mm，表面粗糙度達Ra0.4mm。而且不再需要鉗工工序，縮短了加工時間。又如在加工車窗自動升降系統(tǒng)齒輪箱的注塑模時，

51、所加工材料的硬度為58HRC，工件直接銑削部分達85%，其余15%通過電加工完成，總加工時間為16h，縮短了加工時間的50%。</p><p>　　高速銑削制造汽車模具 高速銑削制造齒輪</p><p>　　4.4高速銑削在模具制造中的應用</p><p>　　模具生產(chǎn)中，隨著對塑件的美觀度以及要求越來越高，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越復雜，模具的

52、外形也越來越復雜，自由曲面所占的比例也越來越多，相應的模具設(shè)計也越來越復雜。這些對模具加工技術(shù)提出了更高的要求，不僅應保證高的制造精度還要有好的表面制造質(zhì)量，而且要追求加工表面的美觀。隨著對高速銑削技術(shù)研究的不斷深入，尤其在加工機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具、CAD/CAM軟件等相關(guān)技術(shù)發(fā)展的推動下，高速銑削技術(shù)也越來越多的應用于模具行腔的加工與制造中。</p><p>　　模具加工技術(shù)中一項最先進的加工技術(shù)，是集高效、優(yōu)

53、質(zhì)、低能耗于一身的先進制造技術(shù)。相對于傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)，其切削速度、進給速度有了很大的提高，而且切削理論也不同。高速銑削使切削發(fā)生了本質(zhì)的飛躍，其單位功率的金屬切除率提高了30%~40%，切削力減低了30%，刀具使用壽命提高了70%，留工件的表面切削熱大幅降低，低階切削震動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間內(nèi)毛坯的材料去除率提高了，切削時間降低了，加工效率提高了，從而縮短了加工的生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。同時，高速銑削的小

54、量快進使切削力減少了，切屑的告訴排出減小了工件的切削力和熱應力變形，提高了剛性差和薄壁零件的切削加工的可能性。由于切削力的降低，轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的切削頻率遠離機床的低階固有頻率，而加工工件的表面粗糙度對低階頻率最為敏感，由此提高了表面粗糙度。在模具的高淬硬鋼件的加工過程中，采用高速銑削的加工可以取代電加工和磨削加工的工序，從而避免了點擊的制造和費時的電加工，大幅度的減少了鉗工的打磨與拋光量。對于一些越來越薄的零件，高速銑削也可以順利

55、完成，而且在高速銑削CNC加工中心上，模具裝夾可以一次性完成多步驟。</p><p>　　第五章 高速銑削零件實例加工</p><p>　　5.1工藝分析與選擇</p><p>　　5.1.1零件圖工藝分析</p><p>　　該零件圖為薄壁板主要加工放射下陷凹槽。壁板毛胚為20mm厚的，飛面加工精度要求10±0.1mm。下陷5.2

56、處蒙皮尺寸要求5.2±0.1mm。下陷凹槽底角R2--R3。</p><p>　　5.1.2確定裝夾方案</p><p>　　由于工件是大型薄壁板，采用真空吸盤吸附的裝夾方法加工。</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　5.1.3確定加工順序</p><p>

57、　　加工上下表面用¢125mmR3的盤銑刀飛面，保尺寸10±0.1mm。</p><p>　　銑外形用¢10mm尖刀。加工順序的選擇直接影響到零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和加工成本。按照基面先行、先主后次、先粗后精的原則確定加工順序。加工上下表面用¢125mmR3的盤銑刀飛面，保尺寸10±0.1mm。</p><p>　　即粗加工定位基準面（底

58、面）——粗、精加工上表面——翻面飛面保尺寸——外輪廓銑削銑——下陷蒙皮粗銑削——精銑5.2蒙皮——鉗工去毛刺</p><p><b>　　5.1.4刀具選擇</b></p><p>　　刀具的選擇是數(shù)控加工中重要的工藝內(nèi)容之一，它不僅影響機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時，選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。</p>&

59、lt;p>　　與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高，不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。 圖為一面</p><p>　　選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀，銑削平面時應選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀，對一些主體型面

60、和斜角輪廓形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較低平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削，切削條件較差，因而采用環(huán)形銑刀。</p><p>　　表5-1本設(shè)計中刀具的選擇：</p><p>　　切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度或?qū)挾?、進給速度（進給量）等。切削用量的大小對切削力、切削速率、刀具磨損、加工質(zhì)量和加工成本均有顯著影響

61、。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并應編入程序單內(nèi)。</p><p>　　合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工或精加工時，應在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。</p><p>　　確定主軸轉(zhuǎn)速時，先查切削用量手冊，硬質(zhì)合金銑刀加工加工鋁件時為高速銑

62、削，然后根據(jù)銑刀直徑計算主軸轉(zhuǎn)速，并填入工序卡中（若機床為有級調(diào)速，應選擇銑削與計算結(jié)果接近的轉(zhuǎn)速）。</p><p>　　N=1000v/3.14D</p><p>　　確定進給率時，根據(jù)銑刀齒數(shù)、主軸轉(zhuǎn)速和切削用量手冊中給的每齒進給量，計算進給速度并填入工序卡片中。</p><p>　　Vf=Fn=Fn* Zn</p><p>　　背吃刀

63、量的選擇應根據(jù)加工余量確定。粗加工時，分層加工，背吃刀量可達1-3mm。精加工時，背吃刀量取為0.1-0.4mm。</p><p>　　5.1.5 擬定數(shù)控切削加工工序卡</p><p>　　把零件加工順序、所采用的刀具和切削用量等參數(shù)編入表2所示的加工工序卡中以指導編程和加工操作</p><p>　　各工序加工的具體分層參考工藝卡片然后按照加工實際情況分

64、層加工 。根據(jù)加工需要機床的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度都可以根據(jù)倍率調(diào)節(jié) 。具體工件飛面保尺寸需要操作工分層加工。由于工件裝夾在真空吸盤上，外形銑削時留0.55mm余量，然后鉗工去除。表面粗糙度保證，接刀痕都需要鉗工去除。 </p><p>　　表5-2 數(shù)控加工工序卡</p><p>　　5.2 主要加工程序</p><p>　　5.2.1 確

65、定編程原點</p><p>　　銑床上編程坐標原點的位置是任意的，他是編程人員在編制程序時根據(jù)零件的特點來選定的，為了變成方便，一般要根據(jù)工件形狀和標注尺寸的基準以及計算最方便的原則來確定的工件上某一點為坐標原點，具體選擇注意如下幾點：</p><p>　　(1)   編程坐標原點應選在零件圖的尺寸基準上，這樣便于坐標值的計算，并減少計算錯誤。</p>&

66、lt;p>　　(2)   編程坐標原點應盡量選在精度較高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。</p><p>　　(3)   對稱的零件，編程坐標原點應設(shè)在對稱中心上；不對稱的零件，編程坐標原點應設(shè)在外輪廓的某一角上。</p><p>　　(4)   Z軸方向的零點一般設(shè)在工件表面。</p><p&g

67、t;　　本設(shè)計如圖5-1處為工件編程X、Y軸原點坐標，Z軸原點坐標在裝夾真空吸盤表面。</p><p>　　5.2.2按工序編制各部分加工程序</p><p>　?。?）選一個2500X1500X20的毛坯 </p><p>　?。?）飛面保尺寸到10±0.1，真空吸盤裝夾，用¢125mm平面端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為4000r/min，進給2000mm

68、／min。主要注意多分層，翻面。</p><p>　?。?）銑外形，主軸轉(zhuǎn)速為5000r/min，進給1800mm／min。</p><p>　?。?）粗銑5.2處下陷蒙皮，用¢25R4平面端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為5000r/min，粗銑時進給率為1500mm/min。</p><p>　?。?）精銑5.2處下陷蒙皮，將粗銑時留下的余量銑到，進給率應適當降低一些

69、。 用¢20R3平面端銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為5000r/min，粗銑時進給率為1200mm/min。</p><p>　　5.2.3 加工程序</p><p><b>　　銑外形</b></p><p>　　O0001(WX10)</p><p><b>　　N100 G21</b></p

70、><p>　　N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90</p><p>　　N104 T219 M6</p><p>　　N106 G0 G90 G54 X1093.839 Y440.543 S5000 M3</p><p>　　N108 G43 H219 Z50.</p><p><b>　　N1

71、10 Z5.</b></p><p>　　N112 G1 Z-1.5 F3.6</p><p>　　N114 G3 X1105.784 Y432.972 R10. F1000.</p><p>　　N116 G1 X2197.035 Y677.563 F1800.</p><p>　　N118 G2 X2325. Y575.105

72、 R105.</p><p>　　N120 G1 Y0.</p><p>　　N122 Y-575.105</p><p>　　N124 G2 X2197.035 Y-677.563 R105.</p><p>　　N126 G1 X14.532 Y-188.381</p><p>　　N128 G2 X-5. Y-1

73、63.987 R24.999</p><p>　　N130 G1 Y0.</p><p>　　N132 Y163.987</p><p>　　N134 G2 X14.532 Y188.381 R25.</p><p>　　N136 G1 X1105.784 Y432.972</p><p>　　N138 G3 X111

74、3.355 Y444.917 R10. </p><p><b>　　F1000.</b></p><p>　　N140 G0 Z23.5</p><p>　　N142 X1093.839 Y440.543</p><p><b>　　N144 Z3.5</b></p><p&g

75、t;　　N146 G1 Z-3. F3.6</p><p>　　N148 G3 X1105.784 Y432.972 R10. F1000.</p><p>　　N150 G1 X2197.035 Y677.563 F1800.</p><p>　　N152 G2 X2325. Y575.105 R105.</p><p>　　N154 G1

76、 Y0.</p><p>　　N156 Y-575.105</p><p>　　N158 G2 X2197.035 Y-677.563 R105.</p><p>　　N160 G1 X14.532 Y-188.381</p><p>　　N162 G2 X-5. Y-163.987 R24.999</p><p>　

77、　N164 G1 Y0.</p><p>　　N166 Y163.987</p><p>　　N168 G2 X14.532 Y188.381 R25.</p><p>　　N170 G1 X1105.784 Y432.972</p><p>　　N172 G3 X1113.355 Y444.917 R10. F1000.</p>

78、<p>　　N174 G0 Z50.</p><p><b>　　N176 M5</b></p><p>　　N178 G91 G28 Z0.</p><p>　　N180 G28 X0. Y0.</p><p><b>　　N182 M30</b></p><p&

79、gt;　　粗銑下陷O0002(cx25)</p><p><b>　　N100 G21</b></p><p>　　N102 G0 G17 G40 G49 G80 G90</p><p>　　N104 T209 M6</p><p>　　N106 G0 G90 G54 X2117.317 Y-546.479 S5000

80、M3</p><p>　　N108 G43 H209 Z50.</p><p><b>　　N110 Z5.</b></p><p>　　N112 G2 X2072.801 Y-569.245 Z.884 I-22.258 J-11.383 F7.6</p><p>　　N114 X2080.827 Y-537.308

81、Z-1. I22.258 J11.383</p><p>　　N116 G1 X2029.082 Y-462.582 F1500.</p><p>　　N118 X2028.537 Y-457.895</p><p>　　N120 X2046.096 Y-357.895</p><p>　　N122 X2060.361 Y-250.082&l

82、t;/p><p>　　N124 X2063.136 Y-237.582</p><p>　　N126 X2059.252 Y-239.145</p><p>　　N128 X2059.928 Y-245.395</p><p>　　N130 X2047.308 Y-340.707</p><p>　　N132 X2025.

83、561 Y-462.582</p><p>　　N134 X2029.082</p><p>　　N136 X2044.044 Y-484.457</p><p>　　N138 X2043.713 Y-479.77</p><p>　　N140 X2067.583 Y-343.832</p><p>　　N142 X2

84、081.338 Y-232.895</p><p>　　N144 X2083.988 Y-220.395</p><p>　　N146 X2042.399 Y-221.957</p><p>　　N148 X2043.543 Y-226.645</p><p>　　N150 X2026.785 Y-353.207</p><

85、;p>　　N152 X2006.551 Y-465.707</p><p>　　N154 X2003.267 Y-475.082</p><p>　　N156 X2034.557 Y-481.332</p><p>　　N158 X2044.044 Y-484.457</p><p>　　N160 X2058.726 Y-506.332

86、</p><p>　　N162 X2058.395 Y-501.645</p><p>　　N164 X2067.913 Y-454.77</p><p>　　N166 X2088.938 Y-329.77</p><p>　　N168 X2102.346 Y-214.145</p><p>　　N170 X2105.

87、82 Y-206.332</p><p>　　N172 X2091.275 Y-204.77</p><p>　　N174 X2025.525 Y-203.207</p><p>　　N176 X2026.669 Y-207.895</p><p>　　N178 X2023.593 Y-237.582</p><p>

88、　　N180 X2006. Y-367.27</p><p>　　N182 X1984.842 Y-479.77</p><p>　　N184 X1981.439 Y-489.145</p><p>　　N186 X1993.622 Y-490.707</p><p>　　N188 X2057.414 Y-504.77</p>

89、<p>　　N190 X2058.726 Y-506.332</p><p>　　N192 X2073.408 Y-528.207</p><p>　　N194 X2073.077 Y-523.52</p><p>　　N196 X2090.844 Y-436.02</p><p>　　N198 X2110.158 Y-315.70

90、7</p><p>　　N200 X2122.356 Y-203.207</p><p>　　N202 X2124.925 Y-189.145</p><p>　　N204 X2095.743 Y-187.582</p><p>　　N206 X2008.651 Y-184.457</p><p>　　N208 X20

91、09.796 Y-189.145</p><p>　　N210 X2002.509 Y-259.457</p><p>　　N212 X1985.088 Y-381.332</p><p>　　N214 X1963.288 Y-492.27</p><p>　　N216 X1959.774 Y-501.645</p><p

92、>　　N218 X2059.007 Y-523.52</p><p>　　N220 X2073.408 Y-528.207</p><p>　　N222 X2088.18 Y-548.52</p><p>　　N224 X2088.076 Y-543.832</p><p>　　N226 X2112.824 Y-421.957</

93、p><p>　　N228 X2131.248 Y-301.645</p><p>　　N230 X2143.374 Y-181.332</p><p>　　N232 X2146.663 Y-173.52</p><p>　　N234 X2077.115 Y-168.832</p><p>　　N236 X1991.493

94、Y-165.707</p><p>　　N238 X1992.922 Y-170.395</p><p>　　N240 X1981.91 Y-276.645</p><p>　　N242 X1964.28 Y-393.832</p><p>　　N244 X1941.284 Y-506.332</p><p>　　N2

95、46 X1937.659 Y-515.707</p><p>　　N248 X1949.392 Y-517.27</p><p>　　N250 X2088.18 Y-548.52</p><p>　　N252 X2098.887 Y-570.395</p><p>　　N254 X2102.269</p><p>　　

96、N256 X2102.244 Y-565.707</p><p>　　N258 X2110.95 Y-528.207</p><p>　　N260 X2134.701 Y-407.895</p><p>　　N262 X2152.204 Y-287.582</p><p>　　N264 X2163.646 Y-165.707</p>

97、;<p>　　N266 X2166.683 Y-156.332</p><p>　　N268 X2053.23 Y-150.082</p><p>　　N270 X1974.017 Y-146.957</p><p>　　N272 X1975.512 Y-151.645</p><p>　　N274 X1973.909 Y-17

98、3.52</p><p>　　N276 X1961.617 Y-290.707</p><p>　　N278 X1943.352 Y-406.332</p><p>　　N280 X1919.136 Y-520.395</p><p>　　N282 X1915.461 Y-528.207</p><p>　　N284

99、X2093.212 Y-567.27</p><p>　　N286 X2098.887 Y-570.395</p><p>　　N288 X2101.757 Y-568.609</p><p>　　N290 X2103.969 Y-572.164</p><p>　　N292 X2105.074 Y-573.944</p>&l

100、t;p>　　N294 X2109.501 Y-581.082</p><p>　　N296 X2108.079 Y-587.425</p><p>　　N298 G3 X2115.812 Y-582.637 R6.5</p><p>　　N300 X2182.029 Y-147.538 R2436.5</p><p>　　N302 X2

101、175.881 Y-140.654 R6.5</p><p>　　N304 G1 X1966.161 Y-129.663</p><p>　　N306 G3 X1959.333 Y-135.755 R6.5</p><p>　　N308 G2 X1898.227 Y-533.575 R2213.5</p><p>　　N310 G3 X190

102、3.114 Y-541.484 R6.5</p><p>　　N312 G1 X2108.079 Y-587.425</p><p>　　N314 G0 Z50.</p><p>　　N316 X1775.414 Y-469.275</p><p><b>　　N318 Z5.</b></p><p&

103、gt;　　N320 G2 X1731.582 Y-493.335 Z.884 I-21.916 J-12.03 F7.6</p><p>　　N322 X1738.67 Y-461.177 Z-1. I21.916 J12.03</p><p>　　N324 G1 X1731.643 Y-451.639 F1500.</p><p>　　N326 X1731.407

104、 Y-446.951</p><p>　　N328 X1739.483 Y-409.451</p><p>　　N330 X1759.571 Y-295.389</p><p>　　N332 X1772.926 Y-182.889</p><p>　　N334 X1775.67 Y-168.826</p><p>　　

105、N336 X1758.663 Y-170.389</p><p>　　N338 X1759.854 Y-175.076</p><p>　　N340 X1755.691 Y-217.264</p><p>　　N342 X1739.688 Y-332.889</p><p>　　N344 X1719.301 Y-437.576</p&g

106、t;<p>　　N346 X1715.799 Y-446.951</p><p>　　N348 X1725.085 Y-448.514</p><p>　　N350 X1731.643 Y-451.639</p><p>　　N352 X1746.443 Y-471.951</p><p>　　N354 X1746.208 Y-

107、467.264</p><p>　　N356 X1762.022 Y-393.826</p><p>　　N358 X1780.66 Y-282.889</p><p>　　N360 X1793.832 Y-164.139</p><p>　　N362 X1796.251 Y-153.201</p><p>　　N36

108、4 X1741.703 Y-151.639</p><p>　　N366 X1742.893 Y-156.326</p><p>　　N368 X1735.184 Y-234.451</p><p>　　N370 X1718.945 Y-345.389</p><p>　　N372 X1697.311 Y-451.639</p>

109、<p>　　N374 X1693.684 Y-461.014</p><p>　　N376 X1706.057 Y-462.576</p><p>　　N378 X1746.443 Y-471.951</p><p>　　N380 X1757.273 Y-493.826</p><p>　　N382 X1760.672</p

110、><p>　　N384 Y-489.139</p><p>　　N386 X1783.889 Y-381.326</p><p>　　N388 X1801.618 Y-270.389</p><p>　　N390 X1813.298 Y-157.889</p><p>　　N392 X1815.791 Y-137.576&

111、lt;/p><p>　　N394 X1724.405 Y-132.889</p><p>　　N396 X1725.779 Y-139.139</p><p>　　N398 X1714.985 Y-248.514</p><p>　　N400 X1698.07 Y-357.889</p><p>　　N402 X1675.

112、16 Y-465.701</p><p>　　N404 X1671.455 Y-473.514</p><p>　　N406 X1751.598 Y-490.701</p><p>　　N408 X1757.273 Y-493.826</p><p>　　N410 X1760.166 Y-492.031</p><p>

113、;　　N412 X1760.269 Y-492.196</p><p>　　N414 X1763.53 Y-497.461</p><p>　　N416 X1764.618 Y-499.221</p><p>　　N418 X1767.887 Y-504.514</p><p>　　N420 X1766.465 Y-510.856</p

114、><p>　　N422 G3 X1774.192 Y-506.09 R6.499</p><p>　　N424 X1832.494 Y-129.229 R2086.5</p><p>　　N426 X1826.347 Y-122.335 R6.5</p><p>　　N428 G1 X1716.492 Y-116.578</p>&