高速切削技術(shù)12561

1、安徽理工大學高速切削技術(shù)李洪喜安徽理工大學機械工程學院機設084，淮南232001【摘要】目前，我國已成為世界飛機零部件的重要轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國，波音、麥道、空客等世界著名飛機制造公司都在我國轉(zhuǎn)包生產(chǎn)從尾翼、機身、艙門到發(fā)動機等各種零部件，這些飛機零部件的加工生產(chǎn)必須采用先進的加工裝備和加工工藝。為此，國內(nèi)各飛機制造公司均進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進了大量國外先進的加工裝備，使我國的飛機制造業(yè)設備的數(shù)控化率越來越高。與此同時，大量高速、高效、柔

2、性、復合、環(huán)保的國外切削加工新技術(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)域的應用技術(shù)進入了以發(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。與此形成鮮明對比的是，我國的裝備制造業(yè)和以制造業(yè)為主要服務對象的傳統(tǒng)的工具工業(yè)卻無法滿足航空航天工業(yè)對現(xiàn)代制造裝備和先進加工工藝的要求。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)展趨勢航空結(jié)構(gòu)件材料的發(fā)展趨勢及其

3、特點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加工結(jié)構(gòu)件所代替。這類零件由于大部分是用整體實心鋁合金材料制成的薄壁、細筋結(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)動機床進行高速銑削加工。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）合金具有比強度高、熱強度好、化學活性大等特

4、點，目前飛機發(fā)動機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是：切削力大、切削溫度高、加工硬化和粘刀現(xiàn)象嚴重、刀具易磨損。③以碳纖維復合材料零件為代表的復合材料結(jié)構(gòu)件復合材料現(xiàn)已成為新一代飛機機體結(jié)構(gòu)主要材料之一，如飛機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、展趨勢和特點可以看出，航空結(jié)構(gòu)件的切削加工技術(shù)主要包括針對鋁合金結(jié)構(gòu)件的高速切削加工技術(shù)和針對鈦（鎳）基合金等難加工材料的切削加工技術(shù)兩個方面。①鋁合金高速切削加工技術(shù)目前，適用于進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60000～100000rmin，切削速度可達2000～5000mmin，加工進給速度達2～20mmin，材料的去除率30～40kgh，工作臺的加（減）速度達到1～10g。近年來，國

6、內(nèi)兩大航空集團的飛機制造骨干企業(yè)均進行了大規(guī)模的技術(shù)改造，引進的數(shù)控金切機床總數(shù)就已超過500臺，絕大多數(shù)是從歐洲、美國、日本進口的高速加工機床，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)）未能及時跟上，大多數(shù)設備在生產(chǎn)中的實際使用主軸轉(zhuǎn)速在10000rmin左右，未能充分發(fā)揮設備的效能。有的企業(yè)采用國產(chǎn)刀具僅能在6000rmin以下使用，15000rmin以上必須采用進口刀具。安徽理工大學0.005mm），性能良好的機

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

8、了主軸電機與機床主軸的一體化。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)時保持恒溫，一般可控制在20～25范圍內(nèi)某一設定溫度，精度為0.7，同時使用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術(shù)，使主軸免維護、長壽命、高精度。2.高速精密軸承。高速軸承是高速切削機床的核心，是決定高速主軸壽命和負載容量的最關(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械接觸地懸浮起來，其轉(zhuǎn)速可達45000rmin，功率為20k

9、W，精度高，易實現(xiàn)實時診斷和在線監(jiān)控，是理想的支承元件，但其價格較高。（2）液體動靜壓軸承。采用流體動、靜力相結(jié)合的辦法，使主軸在油膜支撐中旋轉(zhuǎn)，具有徑、軸向跳動小、剛性好、阻尼特性好，適于粗、精加工，壽命長的優(yōu)點。但其無通用性，維護保養(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床主軸上使用最多的支承元件，在高速轉(zhuǎn)動時離心力小，剛性好，溫度低，壽命長，功率可達80kW，轉(zhuǎn)速高達150000rmin，

10、它的標準化程度高，便于維護，價格低。3.高速伺服系統(tǒng)為了實現(xiàn)高速切削加工，機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）直線電機伺服系統(tǒng)。直線電機是使電能直接轉(zhuǎn)變成直線機械運動的一種推力裝置，將機床進給傳動鏈的長度縮短為零，它的動態(tài)響應性能敏捷、傳動剛度高、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)動裝置。滾珠絲杠仍是高速伺服系統(tǒng)的主要驅(qū)動裝置，用AC伺服電機直接驅(qū)動，并采用液壓軸承，進給速度可達40～60mmin，其加速度可超過0.6g，成本較低，僅為直線電機的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)機床主軸參數(shù)來確定刀柄參數(shù)，使它們相符吻