第一篇：難加工材料超聲輔助切削加工技術(shù)

難加工材料超聲輔助切削加工技術(shù)

高性能合金（如高溫合金、鈦合金、高強度鋼等）、復(fù)合材料、硬脆材料（如光學(xué)玻璃、工程陶瓷和功能晶體）等先進材料具有優(yōu)異的性能，在航空、航天、軍工、電子和汽車等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。復(fù)合材料具有密度低、比強度和比模量高、可設(shè)計性強、耐腐蝕性能好、抗疲勞性能好和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在航空航天領(lǐng)域主要用于制造如機翼、尾舵、剎車盤、制動鼓、儀器艙段、支架等復(fù)雜結(jié)構(gòu)件和零件。這些經(jīng)過成型制備的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件和零件上，許多連接裝配和附件安裝用的孔、窗口、型腔和安裝定位面等需要進行精密機械加工。航空航天領(lǐng)域典型的復(fù)合材料和硬脆材料結(jié)構(gòu)件和零件如圖1 所示。這些結(jié)構(gòu)件和零件不僅對加工精度和加工質(zhì)量要求高，而且對加工效率也有很高要求。由于這些復(fù)合材料硬脆材料具有硬度高、脆性大和耐磨性好等特點，材料切削加工性差，零件加工要求高，很難用傳統(tǒng)機械加工方法和加工工具進行加工。因此，如何實現(xiàn)難加工材料零件的高質(zhì)高效精密加工已成為當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)注的課題。為了適應(yīng)各種先進材料不斷擴大的應(yīng)用需求，一方面，傳統(tǒng)機械加工技術(shù)通過自身的不斷更新發(fā)展以及與其他相關(guān)技術(shù)的融合，在一些難加工材料加工領(lǐng)域(尤其在加工、鋁合金和鈦合金結(jié)構(gòu)件加工等)表現(xiàn)出了加工精度和加工效率方面的優(yōu)勢。另一方面，利用光、電、聲、熱、化學(xué)、磁和原子能等能量進行加工的特種加工方法（包括、超聲、、電化學(xué)、高壓水切割等）得到了較快的發(fā)展，在一些高性能合金和硬脆材料等難加工材料加工領(lǐng)域顯示出一定的優(yōu)越性。但是，無論是傳統(tǒng)機械加工，還是特種加工方法，多數(shù)是直接利用單一能量進行加工，在加工效率、精度、表面質(zhì)量和工具壽命等方面必然存在一定缺點和局限。于是，利用多種形式能量的綜合作用的復(fù)合加工技術(shù)出現(xiàn)了。復(fù)合加工技術(shù)可以根據(jù)加工材料特性以及加工精度和效率的要求，通過傳統(tǒng)加工和特種加工方法的復(fù)合，不同特種加工方法的復(fù)合等多種形式組合出各具特點的新的復(fù)合加工方法，達到優(yōu)勢互補，成為機械加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。

超聲加工作為20 世紀(jì)初發(fā)展并開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的一種非常有效的特種加工方法，特別適合于加工玻璃、陶瓷、石英、金剛石、硅等各種硬脆材料，并已得到了廣泛應(yīng)用。將超聲加工與傳統(tǒng)的切削加工結(jié)合所形成新的加工技術(shù)是一種典型的復(fù)合加工技術(shù)，多年來的研究和應(yīng)用實踐表明，這一復(fù)合加工技術(shù)既充分發(fā)揮了機械加工和超聲加工這兩種加工技術(shù)的優(yōu)點，又彌補了兩種技術(shù)的局限和不足，因而具有一些突出優(yōu)點。超聲輔助切削加工技術(shù)不僅可以有效降低切削力、提高加工質(zhì)量、減小磨損和提高加工效率，而且拓展了可加工材料和可加工零件的適用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，國內(nèi)外研究人員針對難加工材料的超聲輔助切削加工開展了大量的研究，一些機床生產(chǎn)商還開發(fā)了超聲輔助切削加工機床。超聲輔助切削加工技術(shù)已成為難加工材料零部件加工中主要先進加工技術(shù)之一，具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

本文針對航空航天等領(lǐng)域中典型難加工材料零件加工的技術(shù)需求和應(yīng)用背景，結(jié)合作者和國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，介紹了幾種超聲輔助切削加工技術(shù)的原理、特點和應(yīng)用效果，以及這一復(fù)合加工技術(shù)的一些新的進展。

超聲輔助切削加工技術(shù)的原理、系統(tǒng)與分類

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超聲輔助切削加工是在傳統(tǒng)切削加工中工具與工件相對運動的基礎(chǔ)上，在切削工具或工件上施加超聲振動，以獲得更好加工性能的加工方法。超聲輔助切削加工過程中，通過工具對被加工材料的機械和超聲復(fù)合作用，使工具與被加工材料的接觸狀態(tài)和作用機制發(fā)生變化，主要通過機械切削作用、高頻微撞擊作用以及超聲空化作用等進行材料去除。由于超聲振動的引入，改變了材料去除機理，降低了工具與工件之間的摩擦力，減少了工具與工件的接觸時間，增強了工具對工件的切削去除作用，從而有效地提高了材料去除率，減小切削力，降低切削熱，減少刀具磨損，改善加工精度和質(zhì)量。

超聲輔助切削加工系統(tǒng)主要由超聲電源、超聲能量傳輸系統(tǒng)、超聲換能器、超聲變幅桿、工具或工件、冷卻液供給單元等組成。在超聲輔助切削加工過程中，超聲電源通過超聲發(fā)生器將產(chǎn)生大于15kHz 的高頻電信號，并經(jīng)過功率放大后輸出功率超聲信號，通過傳輸系統(tǒng)將功率超聲信號傳輸?shù)匠晸Q能器，再經(jīng)過超聲換能器將電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的機械振動，通過超聲變幅桿將機械振動的幅度增大，并傳遞給工具或工件，使其產(chǎn)生超聲振動，實現(xiàn)超聲輔助切削加工。根據(jù)超聲輔助切削加工的方式不同，超聲輔助切削加工技術(shù)的分類如圖2 所示。

本文結(jié)合航空航天難加工材料零件的加工，介紹了超聲輔助車削、超聲輔助鉆孔、超聲輔助磨削和超聲輔助切割等幾種先進加工技術(shù)。

超聲輔助車削技術(shù)

超聲輔助車削是在普通車削機床運動基礎(chǔ)上，在上施加超聲振動。超聲振動方向主要有沿著工件旋轉(zhuǎn)方向切向的振動和沿著進給方向的振動。圖3 為作者研制的一種安裝在普通臥式上的超聲輔助車削加工裝置。

采用聚晶金剛石（PCD）刀具普通車削和超聲輔助車削碳纖維復(fù)合材料的加工表面形貌和刀具磨損對比如圖4 和圖5 所示。與普通車削加工表面相比，超聲輔助車削表面碳纖維和基體過渡部位相對較光滑，碳纖維復(fù)合材料表面加工質(zhì)量明顯改善，刀具磨損量可減小約30% 左右[1-2]。采用硬質(zhì)合金刀具普通車削和超聲輔助車削Ni718 和C263 等高溫合金并和普通車削加工質(zhì)量進行對比試驗表明，超聲輔助車削的加工表面粗糙度降低25%~50%，圓度提高40%~50%[3]。超聲輔助車削還可應(yīng)用于鋁基碳化硅等金屬基復(fù)合材料的加工，和普通車削加工相比表面粗糙度可降低25% 左右，切削力降低1/3~1/2[4]。超聲輔助車削作為先進的復(fù)合加工技術(shù)，已在發(fā)動機軸、葉輪胚體、機匣和活塞等航空難加工材料零件加工領(lǐng)域獲得了重要應(yīng)用。

二維的超聲橢圓振動車削（UEVC）是新發(fā)展起來的一種加工方法。目前UEVC 的驅(qū)動主要包括兩種方式：一種是非共振方式，目前主要是基于平行配置壓電疊堆和相互垂直配置壓電疊堆的直驅(qū)結(jié)構(gòu)，這種橢圓振動需要兩個激振源同時激振，其工作原理和基于該原理研制的加工裝置如圖6 所示[5]。另一種是共振方式，主要是利用變幅桿的兩個模態(tài)振動組合實現(xiàn)橢圓振動，其工作原理如圖7 所示。

本文由吊籃004km.cn 聯(lián)合整理發(fā)布 研究表明，這種方法不僅能夠減小切削力，改善加工精度和表面質(zhì)量，減少刀具磨損，而且能實現(xiàn)脆性材料延性切削，既可以用于宏觀加工，也可以進行微細(xì)結(jié)構(gòu)加工。近幾年來這種加工方法受到國際學(xué)術(shù)界和工程界的高度關(guān)注。此外，名古屋大學(xué)的社本教授等人還提出了三維UEVC 的概念，代表了UEVC 的最新進展[6]。

超聲輔助鉆削技術(shù)

超聲輔助鉆削技術(shù)是在傳統(tǒng)鉆削機床的加工運動基礎(chǔ)上，在旋轉(zhuǎn)的鉆削工具上施加超聲振動，實現(xiàn)超聲輔助鉆削。圖8 所示為作者研制的超聲輔助鉆削裝置。

超聲輔助鉆削較早應(yīng)用于鈦合金、高溫合金和復(fù)合材料等難加工材料的鉆削加工。利用硬質(zhì)合金超聲輔助鉆削和普通鉆削鎳基高溫合金材料的出口形貌和切屑形貌如圖9 和圖10 所示。結(jié)果表明，超聲輔助鉆削的出口毛刺小且少，切屑為斷續(xù)切屑，利于切屑的排出。與普通鉆削加工相比，超聲輔助鉆削高溫合金的表面粗糙度可以降低60%[9]。利用WC 硬質(zhì)合金鉆頭超聲輔助鉆削Ti6Al4V 鈦合金材料時，切削力比普通鉆削降低20% 左右[10]。目前，超聲輔助鉆削在航天器、飛機機體和發(fā)動機中難加工材料關(guān)鍵零部件的定位孔、連接孔、冷卻孔和深小孔的加工中具有重要應(yīng)用價值和應(yīng)用前景，特別在航空航天結(jié)構(gòu)件的加工裝配中，可用于鈦合金蒙皮和復(fù)合材料蒙皮與合金骨架之間裝配連接孔加工。復(fù)合材料/ 合金疊層結(jié)構(gòu)的鉆孔加工，可以減小鉆削力，延長刀具壽命，減小合金連續(xù)切屑對復(fù)合材料的損傷，改善鉆孔質(zhì)量。

超聲輔助磨削技術(shù)

超聲輔助磨削技術(shù)是采用電鍍或燒結(jié)法制備的固結(jié)超硬（金剛石和立方氮化硼）磨削工具，在磨削工具或工件上施以超聲振動的復(fù)合加工方法。根據(jù)施加超聲振動的方式不同，分為兩種形式：一種是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過在工件上施加超聲振動，實現(xiàn)超聲輔助磨削加工。圖11 所示為在一種在傳統(tǒng)臥式平面磨床上通過對工件上施加超聲振動進行加工的典型超聲輔助磨削加工裝置[11]。另一種是利用或，將超聲振動施加于旋轉(zhuǎn)的磨削工具上實現(xiàn)超聲輔助磨削加工，也稱為旋轉(zhuǎn)超聲加工（RUM）。圖12所示為作者研制的采用超聲振動旋轉(zhuǎn)工具的超聲輔助磨削加工系統(tǒng)。超聲輔助磨削加工系統(tǒng)包括超聲加工電源、超聲功率傳輸裝置、超聲振動刀柄、磨削工具和加工機床等，該系統(tǒng)中的超聲振動刀柄內(nèi)集成有超聲換能器和傳輸超聲裝置，采用通用刀柄（如HSK、BT 和SK 等刀柄系列）結(jié)構(gòu)與不同的數(shù)控機床或加工中心的主軸連接，可夾持杯型砂輪、平行砂輪、空心磨頭、圓柱磨頭、球形磨頭等不同結(jié)構(gòu)形式的磨削工具。該系統(tǒng)利用磨削工具的軸向超聲振動和旋轉(zhuǎn)運動，并結(jié)合數(shù)控機床或加工中心的加工運動，可以實現(xiàn)平面、內(nèi)外圓面、制孔、型腔和復(fù)雜曲面的超聲輔助磨削。

作者采用超聲振動刀柄夾持電鍍金剛石砂輪加工了碳纖維復(fù)合材料、鋁基碳化硅復(fù)合材料、反應(yīng)燒結(jié)碳化硅陶瓷和光學(xué)玻璃等難加工材料取得較好的加工效果。其中采用電鍍金剛石杯形砂輪進行碳纖維復(fù)合材料超聲輔助平面磨削和普通磨削后的加工表面和砂輪表面形貌分別如圖14 所示。結(jié)果表明超聲輔助磨削加工的表面纖維絲翹起較少，邊沿沒有毛刺；超聲輔助磨削后的工具表面磨粒磨損小，本文由吊籃004km.cn 聯(lián)合整理發(fā)布 工具表面幾乎沒有堵塞現(xiàn)象；超聲輔助磨削時磨削力可以降低約50%，表面粗糙度改善約10%~30%[13]。超聲輔助磨削加工C/SiC 陶瓷基復(fù)合材料，磨削力可降低約20%，表面粗糙度可改善約30%[12]。

以固結(jié)金剛石的空心磨頭為磨削工具“以磨代鉆”是進行陶瓷、玻璃和復(fù)合材料等硬脆難加工材料高效精密制孔的有效加工方法。在此基礎(chǔ)上，采用超聲振動刀柄夾持電鍍或燒結(jié)金剛石空心磨削工具，可以實現(xiàn)這些硬脆難加工材料的超聲輔助磨削制孔。

利用電鍍金剛石空心磨頭對碳纖維復(fù)合材料進行超聲輔助磨削和普通磨削制孔加工, 加工后的出口形貌和工具表面形貌如17 所示.由圖可以看出超聲輔助磨削加工孔的出口處幾乎沒有毛刺工具磨損較小，幾乎沒有堵塞現(xiàn)象[14]。采用金屬結(jié)合劑金剛石空心磨頭進行陶瓷基復(fù)合材料超聲輔助磨削制孔，與普通磨削制孔相比，軸向磨削力可以降低約60%，加工效率可以提高約10%，且孔壁和進出口質(zhì)量明顯改善[15]。近年來，德國在超聲輔助加工技術(shù)應(yīng)用方面處于領(lǐng)先水平。德國的Hermann Sauer 公司和Deckel Maho公司將超聲技術(shù)和先進的機床技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出了ULTRASONIC 系列超聲復(fù)合加工中心，已在光學(xué)、醫(yī)藥、半導(dǎo)體、汽車和航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

超聲輔助切割加工技術(shù)

超聲輔助切割加工技術(shù)是在傳統(tǒng)切割加工工具上施加超聲振動的一種復(fù)合切削加工技術(shù)。采用固結(jié)磨料旋轉(zhuǎn)將鋸片切割技術(shù)用于陶瓷、光學(xué)玻璃和藍(lán)寶石等硬脆材料劃片、開槽、切斷等加工。在硅和藍(lán)寶石晶圓、面板玻璃等劃片和切割中得到廣泛應(yīng)用。日本DISCO 公司在已有金剛石薄鋸片切割技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)了采用旋轉(zhuǎn)切割片的超聲輔助切割加工技術(shù)[16]。采用金剛石旋轉(zhuǎn)切割片進行超聲輔助切割時，切割力更小，切割片不易堵塞，刀具壽命，可以采用高進給速度提高加工效率3倍以上，可使用更細(xì)粒度的切割片獲得更好的加工質(zhì)量和使用更薄的切割片獲得更窄的切縫。

采用硬質(zhì)合金尖刀和圓片刀等切割刀片的超聲輔助切割加工技術(shù)主要用于復(fù)合材料鋪設(shè)時預(yù)浸纖維材料的裁剪和下料以及蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的切割和復(fù)雜型面加工等。與普通切割相比，采用超聲輔助切割時，切削力小，材料不易變形，可提高切割精度；可以采用高的進給速度大幅度提高加工效率；可以減小刀具與工件間的摩擦力，降低切割溫度，減小刀具磨損；可以解決普通切割加工中粘刀等問題。

結(jié)束語

復(fù)合加工技術(shù)是先進加工技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，超聲輔助切削加工技術(shù)是涉及技術(shù)領(lǐng)域較寬，應(yīng)用范圍較廣的先進復(fù)合加工技術(shù)。國內(nèi)外對難加工材料超聲輔助切削加工技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究結(jié)果表明，這種先進復(fù)合加工技術(shù)可以有效降低切削力、提高加工質(zhì)量和精度、減少刀具磨損和提高加工效率，既可用于碳纖維復(fù)合材料、顆粒增強復(fù)合材料、陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料等復(fù)合材料結(jié)構(gòu)本文由吊籃004km.cn 聯(lián)合整理發(fā)布 件的加工，也可用于光學(xué)棱鏡、陶瓷盤、玻璃腔體、反射鏡輕量化結(jié)構(gòu)和陶瓷活塞等硬脆材料精密零件的加工，在航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)難加工材料高質(zhì)量、高精度、高效率的加工，滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域難加工材料零件的加工要求，目前，超聲輔助切削加工技術(shù)通過借鑒其他加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗，正不斷向微細(xì)化、高效化、精密化、自動化和智能化等方向發(fā)展。(end)文章內(nèi)容僅供參考()()(2012-8-24)

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第二篇：難加工材料的切削加工技術(shù)

難加工材料的切削加工技術(shù)

潘 飛

（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機械工程系

江蘇

常州

213011）

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，對材料的要求也越高，對切削加工也提出了更高的要求。本文針對這一問題，著重講述切削難加工材料應(yīng)考慮的幾個方面。

關(guān)鍵詞：難加工材料；切削加工

近年來，機械產(chǎn)品多功能、高功能化的發(fā)展勢頭十分強勁，要求零件必須實現(xiàn)小型化、微細(xì)化。為了滿足這些要求，則所用材料必須具有高硬度、高韌性和高耐磨性，而具有這些特性的材料其加工難度也特別大，因此又出現(xiàn)了新的難加工材料。難加工材料就是這樣隨著時代的發(fā)展及專業(yè)領(lǐng)域的不同而出現(xiàn)，其特有的加工技術(shù)也隨著時代及各專業(yè)領(lǐng)域的研究開發(fā)而不斷向前發(fā)展。另一方面，隨著信息化社會的到來，難加工材料切削技術(shù)信息也可通過因特網(wǎng)互相交流，因此，今后有關(guān)難加工材料切削加工的數(shù)據(jù)等信息將會更加充實，加工效率也必然會進一步提高。難加工材料的界定及具體品種，隨時代及專業(yè)領(lǐng)域而各有不同。

一、切削領(lǐng)域中的難加工材料

在切削加工中，通常出現(xiàn)的刀具磨損包括如下兩種形態(tài)：(1)由于機械作用而出現(xiàn)的磨損，如崩刃或磨粒磨損等；(2)由于熱及化學(xué)作用而出現(xiàn)的磨損，如粘結(jié)、擴散、腐蝕等磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產(chǎn)生的破斷、熱疲勞、熱龜裂等。切削難加工材料時，在很短時間內(nèi)即出現(xiàn)上述刀具磨損，這是由于被加工材料中存在較多促使刀具磨損的因素。例如，多數(shù)難加工材料均具有熱傳導(dǎo)率較低的特點，切削時產(chǎn)生的熱量很難擴散，致使刀具刃尖溫度很高，切削刃受熱影響極為明顯。這種影響的結(jié)果會使刀具材料中的粘結(jié)劑在高溫下粘結(jié)強度下降，WC(碳化鎢)等粒子易于分離出去，從而加速了刀具磨損。另外，難加工材料中的成分和刀具材料中的某些成分在切削高溫條件下產(chǎn)生反應(yīng)，出現(xiàn)成分析出、脫落，或生成其他化合物，這將加速形成崩刃等刀具磨損現(xiàn)象。在切削高硬度、高韌性被加工材料時，切削刃的溫度很高，也會出現(xiàn)與切削難加工材料時類似的刀具磨損。如切削高硬度鋼時，與切削一般鋼材相比，切削力更大，刀具剛性不足將會引起崩刃等現(xiàn)象，使刀具壽命不穩(wěn)定，而且會縮短刀具壽命，尤其是加工生成短切屑的工件材料時，會在切削刃附近產(chǎn)生月牙洼磨損，往往在短時間內(nèi)即出現(xiàn)刀具破損。在切削超耐熱合金時，由于材料的高溫硬度很高，切削時的應(yīng)力大量集中在刃尖處，這將導(dǎo)致切削刃產(chǎn)生塑性變形；同時，由于加工硬化而引起的邊界磨損也比較嚴(yán)重。由于這些特點，所以要求用戶在切削難加工材料時，必須慎重選擇刀具品種和切削條件，以獲得理想的加工效果。

二、難加工材料在切削加工中應(yīng)注意的問題

切削加工大致分為車削、銑削及以中心齒為主的切削(鉆頭、立銑刀的端面切削等)，這些切削加工的切削熱對刃尖的影響也各不相同。車削是一種連續(xù)切削，刃尖承受的切削力無明顯變化，切削熱連續(xù)作用于切削刃上；銑削則是一種間斷切削，切削力是斷續(xù)作用于刃尖，切削時將發(fā)生振動，刃尖所受的熱影響，是切削時的加熱和非切削時的冷卻交替進行，總的受熱量比車削時少。銑削時的切削熱是一種斷續(xù)加熱現(xiàn)象，刀齒在非切削時即被冷卻，這將有利于刀具壽命的延長。日本理化研究所對車削和銑削的刀具壽命作了對比試驗，銑削所用刀具為球頭立銑刀，車削為一般車刀，兩者在相同的被加工材料和切削條件(由于切削方式不同，切削深度、進給量、切削速度等只能做到大體一致)及同一環(huán)境條件下進行切削對比試驗，結(jié)果表明，銑削加工對延長刀具壽命更為有利。利用帶有中心刃(即切削速度=0m/min的部位)的鉆頭、球頭立銑刀等刀具進行切削時，經(jīng)常出現(xiàn)靠近中心刃處工具壽命低下的情況，但仍比車削加工時強。在切削難加工材料時，切削刃受熱影響較大，常常會降低刀具壽命，切削方式如為銑削，則刀具壽命會相對長一些。但難加工材料不能自始至終全部采用銑削加工，中間總會有需要進行車削或鉆削加工的時候，因此，應(yīng)針對不同切削方式，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，提高加工效率。

三、切削難加工材料用的刀具材料

立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)的高溫硬度是現(xiàn)有刀具材料中最高的，最適合用于難加工材料的切削加工。新型涂層硬質(zhì)合金是以超細(xì)晶粒合金作基體，選用高溫硬度良好的涂層材料加以涂層處理，這種材料具有優(yōu)異的耐磨性，也是可用于難加工材料切削的優(yōu)良刀具材料之一。難加工材料中的鈦、鈦合金由于化學(xué)活性高，熱傳導(dǎo)率低，可選用金剛石刀具進行切削加工。CBN燒結(jié)體刀具適用于高硬度鋼及鑄鐵等材料的切削加工，CBN成分含量越高，刀具壽命也越長，切削用量也可相應(yīng)提高。據(jù)報道，目前已開發(fā)出不使用粘結(jié)劑的CBN燒結(jié)體。金剛石燒結(jié)體刀具適用于鋁合金、純銅等材料的切削加工。金剛石刀具刃口鋒利，熱傳導(dǎo)率高，刃尖滯留的熱量較少，可將積屑瘤等粘附物的發(fā)生控制在最低限度之內(nèi)。在切削純鈦和鈦合金時，選用單晶金剛石刀具切削比較穩(wěn)定，可延長刀具壽命。涂層硬質(zhì)合金刀具幾乎適用于各種難加工材料的切削加工，但涂層的性能(單一涂層和復(fù)合涂層)差異很大，因此，應(yīng)根據(jù)不同的加工對象，選用適宜的涂層刀具材料。據(jù)報道，最近已開發(fā)出金剛石涂層硬質(zhì)合金和DLC(Diamond Like Carbon)涂層硬質(zhì)合金，使涂層刀具的應(yīng)用范圍進一步擴大，并已可用于高速切削加工領(lǐng)域。

四、切削難加工材料的刀具形狀

在切削難加工材料時，刀具形狀的最佳化可充分發(fā)揮刀具材料的性能。選擇與難加工材料特點相適應(yīng)的前角、后角、切入角等刀具幾何形狀和對刃尖進行適當(dāng)處理，對提高切削精度和延長刀具壽命有很大的影響，因此，在刀具形狀方面決不能掉以輕心。但是，隨著高速銑削技術(shù)的推廣應(yīng)用，近來已逐漸采用小切深以減輕刀齒負(fù)荷，采用逆銑并提高進給速度，因此，對切削刃形狀的設(shè)計思路也有所改變。對難加工材料進行鉆削加工時，增大鉆尖角，進行十字形修磨，是降低扭矩和切削熱的有效途徑，它可將切削與切削面的接觸面積控制在最小范圍之內(nèi)，這對延長刀具壽命和提高切削條件十分有利。鉆頭在鉆孔加工時，切削熱極易滯留在切削刃附近，而且排屑也很困難，在切削難加工材料時，這些問題更為突出，必須給以足夠的關(guān)注。

為了便于排屑，通常在鉆頭切削刃后側(cè)設(shè)有冷卻液噴出口，可供給充足的水溶性冷卻液或霧狀冷卻劑等，使排屑變得更為順暢，這種方式對切削刃的冷卻效果也很理想。近年來，已開發(fā)出一些潤滑性能良好的涂層物質(zhì)，這些物質(zhì)涂鍍在鉆頭表面后，用其加工3～5D的淺孔時，可采用干式鉆削方式。孔的精加工歷來采用鏜削方式，不過近來已逐漸由傳統(tǒng)的連續(xù)切削方式改變?yōu)椴捎玫雀呔€切削這類間斷切削方式，這種方式對提高排屑性能和延長工具壽命均更為有利。因此，這種間斷切削用的鏜削刀具設(shè)計出來后，立即被應(yīng)用于汽車零件的CNC切削加工。在螺紋孔加工方面，目前也采用螺旋切削插補方式，切螺紋用的立銑刀已大量投放市場。如上所述，這種由原來連續(xù)切削向間斷切削的轉(zhuǎn)換，是隨著對CNC切削理解的加深而進行的，這是一個漸進的過程。采用此種切削方式切削難加工材料時，可保持切削的平穩(wěn)性，且有利于延長工具壽命。

五、難加工材料的切削條件

難加工材料的切削條件歷來都設(shè)定得比較低，隨著刀具性能的提高，高速高精度CNC機床的出現(xiàn)，以及高速銑削方式的引進等，目前，難加工材料的切削已進入高速加工、刀具長壽命化的時期?，F(xiàn)在，采用小切深以減輕刀具切削刃負(fù)荷，從而可提高切削速度和進給速度的加工方式，已成為切削難加工材料的最佳方式。當(dāng)然，選擇適應(yīng)難加工材料特有性能的刀具材料和刀具幾何形狀也極為重要，而且應(yīng)力求刀具切削軌跡的最佳化。例如，鉆削不銹鋼等材料時，由于材料熱傳導(dǎo)率很低，因此，必須防止切削熱大量滯留在切削刃上，為此應(yīng)盡可能采用間斷切削，以避免切削刃和切削面摩擦生熱，這將有助于延長工具壽命和保證切削的穩(wěn)定。用球頭立銑刀對難加工材料進行粗加工時，工具形狀和夾具應(yīng)很好配合，這樣可提高刀具切削部分的振擺精度和夾持剛性，以便在高速回轉(zhuǎn)條件下，保證將每齒進給量提高到最大限度，同時也可延長工具壽命。

如前所述，難加工材料的最佳切削方法是不斷發(fā)展的，新的難加工材料不斷出現(xiàn)，對新材料的加工總是不斷困擾著工程技術(shù)人員。最近，新型加工中心、切削工具、夾具及CNC切削等技術(shù)發(fā)展非常迅速，而且在切削加工之外，CNC磨削、CNC電加工等技術(shù)也得到空前的發(fā)展，難加工材料的加工技術(shù)選擇范圍已大為擴展。當(dāng)然，有關(guān)難加工材料加工信息的收集與對該技術(shù)的深入理解，還不能盡如人意，正因為如此，而對難加工材料的不斷涌現(xiàn)，人們總是感到加工技術(shù)有些力不從心。例如，前述車削加工由連續(xù)切削向間斷切削轉(zhuǎn)換，便有利于延長工具壽命，新型涂層硬質(zhì)合金刀具的使用，使難加工材料切削技術(shù)水平得到進一步提高。在難加工材料的切削加工中應(yīng)特別重視工具壽命的穩(wěn)定，不僅工件材料要和刀具性能妥善配伍，而且對加工尺寸、加工表面粗糙度、形狀精度等的要求也極嚴(yán)格，因此，不僅應(yīng)特別注意刀具選用，對工件的夾持方式等相關(guān)技術(shù)也不能掉以輕心。今后，難加工材料零件的加工將采取CAD/CAM、CNC切削加工等計算機控制的生產(chǎn)方式，因此，數(shù)據(jù)庫的建構(gòu)、工具設(shè)計與制作等工具管理系統(tǒng)的完善，都極為重要。難加工材料切削加工中，適用的刀具、夾具、工序安排、工具軌跡的確定等有關(guān)切削條件的數(shù)據(jù)，均應(yīng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)加以積累，使零件生產(chǎn)方式沿著以IT化為基礎(chǔ)的方向發(fā)展，這樣，難加工材料的切削加工技術(shù)才能較快地步入一個新的階段。

第三篇：難切削材料切削加工技術(shù)

先進制造技術(shù)

學(xué) 院： 機械工程學(xué)院

專 業(yè)： 機 械 工 程

2013年 1 月 5日

難切削材料切削加工技術(shù)

摘要：本文闡述了難切削加工材料的定義，簡單地介紹了幾類難加工材料，從切削力、切削溫度、刀具磨損等方面介紹了難加工材料的加工特點，并對其產(chǎn)生原因進行了分析。針對難加工材料在加工過程中出現(xiàn)的問題，本文描述了改善難加工材料的切削加工性的方法及其機理，具體對改變材料本身特性、選擇刀具材料、潤滑冷卻方式進行詳細(xì)介紹。關(guān)鍵詞：難加工；材料；加工性；加工技術(shù)

Difficult cutting material machining

technology

Wang Xuebin(Guizhou university mechanical engineering institute Guiyang guizhou 550025）

Abstract：This paper expounds the definition of material to cutting processing, and difficult-to-machine materials processing features was reviewed ,Simply introduce several kind of difficult processing materials, from the sides of cutting force, cutting temperature, tool wear , etc, and its reasons were analyzed.For these problems that exist in the process of machining difficult-to-machine materials , this paper describes the method that improve difficult-to-machine materials processing cutting features and its mechanism, the concrete is introduced about changing materials itself characteristics, choiceing of cutting tool materials and lubrication cooling way.Key words: difficult processing;Materials;Machining;Processing technology

從某種意義上說，它們對加工的特殊要求起引言 到了促進加工技術(shù)發(fā)展的作用。現(xiàn)在，人們?nèi)欢L期以來難加工材料如鈦合金、高已經(jīng)掌握了很有效的難加工材料加工方法。

溫合金、不銹鋼等其切削加工性極差，給生產(chǎn)帶來效率低、質(zhì)量差、刀具損耗等問題，難加工材料的定義 一直是加工中的難題。隨著制造業(yè)的發(fā)展，難加工材料是指難以進行切削加工的21世紀(jì)這些材料的用量迅速增加，加工的矛材料，即切削加工性差的材料。切削加工性盾將變得突出。與此同時，產(chǎn)品的材料構(gòu)成等級代號5級以上的材料均屬于難加工材也不斷優(yōu)化，新的工程材料也不斷問世，而料。從材料的物理力學(xué)性能看，硬度高于每一種切削材料的采用都對切削加工提出

250HBS、強度?b?0.98GPa、延伸率大于了新的要求。如在切削加工比較集中的汽車工業(yè)，其發(fā)動機、傳動器零件中硅鋁合金的??30%、沖擊值ak?9.8?105J/m2、熱比例在逐漸增加，并開始引入鎂合金和新的高強度鑄鐵以減輕汽車重量，節(jié)省能耗。又o系數(shù)k?41.9W/(m?C)的均屬于難加工如在航空航天工業(yè)，鈦合金、鎳合金以及超耐熱合金、陶瓷等難加工材料的應(yīng)用比例和材料之列，如鈦合金、高溫合金、不銹鋼、加工難度都將進一度的增加，能否高效加工高強度鋼和超高強度鋼、復(fù)合材料以及硬脆這些材料，直接關(guān)系到我國汽車、航空航天、材料。

難加工材料的分類： 能源等重要工業(yè)的發(fā)展速度和制造業(yè)整體（1）鈦合金

o鈦是同素異構(gòu)體，熔點為1720C，在水平，也是對切削技術(shù)的最大挑戰(zhàn)。但低于882oC時呈密排六方晶體結(jié)構(gòu)，稱為?鈦；在高于882oC時呈密排六方晶體結(jié)構(gòu)，稱為?鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)特點，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃捌湎喾趾扛淖兌玫讲煌愋偷拟伜辖稹?/p>

鈦合金的性能特點如下：比強度高、熱強度高、抗蝕性好、低溫性好、化學(xué)活性大、導(dǎo)熱性差、彈性模量小。

（2）高溫合金

高溫合金又稱耐熱合金或熱強合金，它是多組元的復(fù)雜合金，以鐵、鎳、鈷、鈦等為基礎(chǔ)，能在600—1000度的高溫氧化環(huán)境及燃?xì)飧g條件下工作，而且還可以在一定應(yīng)力作用下長期工作，具有良好的熱強行能熱穩(wěn)定性能和熱疲勞性能。

（3）不銹鋼

不銹鋼是指在大氣中或在某些腐蝕性介質(zhì)中具有一定的耐腐蝕能力的鋼種。不銹鋼種類很多，按其成分可分為鈷不銹鋼和鈷鎳不銹鋼兩大類。

（4）高強度鋼與超高強度鋼

高強度鋼和超高強度鋼為具有一定合金含量的合金鋼。他們的原始強度、硬度并不高，但經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（一般為淬火和中溫回火），可獲得較高或很高的強度。

（5）復(fù)合材料

復(fù)合材料是指兩種或兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)人工制成的多相組成固體材料，是由增強相和基體相復(fù)合而成的，并形成界面相。增強相主要是承載相，基體相主要是連接相，界面相的主要作用是傳遞載荷，三者的不同成分和不同復(fù)合工藝使復(fù)合材料具有不同的性能。

（6）硬脆性材料

硬脆性材料具有高強度、高硬度、高脆性、耐腐蝕和腐蝕、隔熱、低密度和膨脹系數(shù)及化學(xué)性能好等特點，是一般金屬材料無法比擬的。硬脆性材料由于這些獨特性能而廣泛應(yīng)用于光學(xué)、計算機、汽車、航空航天、化工、紡織、冶金、機械和軍事等領(lǐng)域。

難加工材料的加工特點

難加工材料的切削加工性差一般有以下幾個方面： 高強度： 2 高硬度； 高塑性和高韌性； 4 低塑性和脆性； 5 低導(dǎo)熱性； 有大量微觀硬質(zhì)點或夾雜物； 7 化學(xué)性質(zhì)活潑

這些性質(zhì)一般都能使切削過程中切削力加大、切削溫度升高，刀具磨損嚴(yán)重，刀具使用壽命縮短，加工表面質(zhì)量惡化，切削難以控制，最終導(dǎo)致加工效率和加工質(zhì)量降低，加工成本升高。下面詳細(xì)介紹難加工材料的切削加工性及其產(chǎn)生機理。（1）切削力大

凡是硬度和強度高、塑性和韌性大、加工硬化嚴(yán)重、親和力大的材料，切削功率消耗大，切削力大。這就要求加工設(shè)備功率大，刀具有較高的強度和硬度。表1.1是幾種典型難加工材料的切削力的對比。（2）切削溫度高

由于難加工材料呢往往加工硬化嚴(yán)重，強度高，塑性和韌性大，親和力大而導(dǎo)熱系數(shù)小，切削過程中會產(chǎn)生較大的熱量，但散熱性能差，因此切削溫度較高。如鈦合金的傳導(dǎo)率只有45鋼的1/6左右，且刀-屑接觸長度短，切削熱集中在切削刃附近，因此切削溫度很高，往往是45鋼的一倍以上。（3）刀具磨損嚴(yán)重，使用壽命短

凡是硬度高或有磨粒性質(zhì)的硬質(zhì)點多或加工硬化嚴(yán)重的材料，刀具的磨料磨損都很嚴(yán)重。另外，導(dǎo)熱系數(shù)小或刀具材料易親和、黏結(jié)也會造成切削溫度高，從而使得黏結(jié)磨損和擴散磨損嚴(yán)重。因此難加工材料切削過程中使用壽命鉸短。

（4）加工表面粗糙，不以達到進度要求

加工表面硬化嚴(yán)重、親和力大、塑性和韌性大的材料，其加工表面粗糙度大，表面質(zhì)量和精度均不易達到要求。（5）切屑難于處理

強度高、塑性和韌性大的材料，切屑連綿不絕、難以處理。切削過程中，切削應(yīng)得到很好地控制，不能任其纏繞在工件或刀具上，劃傷已加工表面、損壞刀具，甚至傷人。

難加工材料切削加工性的改善 1.改變材料本身的切削加工性

改善材料本身的切削加工性首先可以采用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒?。在被加工材料化學(xué)成分已定的情況下，經(jīng)過不同的熱處理工藝可得到不同的金相組織，材料的力學(xué)、物理性能機加工性將出現(xiàn)很大的差別。故應(yīng)當(dāng)采用適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ǎ⒑侠戆才艧崽幚砑庸すば颉Ｈ绲吞间摰臒崴苄院艽?，可進行冷拔或正火以降低塑性，提高硬度，使切削加工性得到改善；馬氏體不銹鋼也經(jīng)常進行調(diào)質(zhì)處理，以降低塑性，減少以加工表面粗糙度，使其較易加工；高強度鋼在退火、正火狀態(tài)下，切削加工并不太困難，粗加工躲在這時進行；經(jīng)過調(diào)質(zhì)，高強度鋼的硬度、強度大為提高，變得難加工，此時可進行精加工或半精加工。

其次是可以改變材料的化學(xué)成分。在保證材料力學(xué)、物理性能的前提下，在鋼中適當(dāng)添加一些元素，如S、Pb、Ca等，其加工性可得到顯著改善，這樣的鋼稱為“易切鋼”。易切鋼可以使刀具耐用度提高，切削力減小，容易斷屑，提高以加工表面的質(zhì)量。易切鋼的添加元素幾乎都不能與鋼基體固溶，而已金屬或非金屬夾雜物的狀態(tài)分布，從而改變了鋼材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與加工時的變形狀況，使其加工性得到改善。在奧氏體不銹鋼中添加S元素會降低不銹鋼的抗腐蝕性，可在奧氏體不銹鋼中添加Se元素，所形成的硒化物可提高切削加工性而不影響抗腐蝕性。合理的選用刀具材料

刀具材料的切削性能對切削加工技術(shù)的水平影響很大。切削難加工材料時，必須盡可能采用高性能的刀具材料。由于難加工材料種類繁多，性質(zhì)迥異，在選用刀具時，必須注意刀具材料與被加工材料在力學(xué)、物理性能和化學(xué)性能之間的合理匹配。

常用于難加工材料切削的刀具材料有高性能高速鋼、粉末冶金高速鋼、添加TaC和NbC的硬質(zhì)合金、細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬

質(zhì)合金、TiC硬質(zhì)合金、添加稀土元素的硬質(zhì)合金、各種陶瓷材料以及CBN和金剛石等超硬材料。

在韌性較好的刀具基體上，進行表面涂層，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層是提高刀具切削性能的有效途徑。與未涂層刀具相比，刀具經(jīng)過涂層后，可以采用更高的切削速度，或在同樣的切削速度下大幅度地提高刀具使用壽命，也可以減少刀具與工件材料之間的摩擦系數(shù)，從而減少切削力，改善被加工材料的表面質(zhì)量。

采用PVD方法在高速鋼基體上可涂覆一層致密、堅硬、厚度為幾微米的氮化物或碳化物，使高速鋼刀具的壽命和切削性能得到大幅度地提高。這種加工方法適用于麻花鉆、立銑刀、絲錐、齒輪滾刀和插齒刀等重磨前刀面的刀具。采用PVD和CVD的方法在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上涂覆一層或多層的高硬度和高耐磨性的材料，可獲得高韌性又有高耐磨性的刀具材料。3.合理的適用潤滑冷卻方式

在難加工材料切削過程中，合理使用切削液尤為重要。切削液基本上分為三類：切削油、乳化液、合成切削液。切削油的組要成分是礦物油；乳化液系用乳化油加水稀釋而成；而乳化油則由礦物質(zhì)油、乳化劑及其他物質(zhì)配成；合成切削液是水基，再加入其他成分構(gòu)成。以上三類切削液均需加入各種添加劑。切削液具有冷卻作用和潤滑作用，能夠有效的降低切削區(qū)刀具表面和工件表面的溫度，改善刀具與切屑、工件表面之間的摩擦狀態(tài)，從而減小刀具磨損并提高以加工表面質(zhì)量；切削液有清洗作用，能將碎屑（如切鑄鐵）和粉屑（如磨削）沖走；切削液還能防銹，工作性能穩(wěn)定，且不污染環(huán)境，并對人體無害。同時，在金屬切削加工領(lǐng)域也可采用低溫霧化切削、油霧冷卻、低溫冷風(fēng)切削、MQL微量潤滑等綠色切削技術(shù)。4.采用其他加工方法 1 熱處理滲入可逆元素 對于某些材料還可以通過熱處理滲入可逆元素來改善切削加工性，加工完成后去除可逆元素，保持工件的原有特性，如鈦合金滲氫處理切削加工性顯著改善，切削加工后在進行去氫處理。局部加熱切削加工 在切削加工中，局部加熱工件切削區(qū)域可使材料切削變形區(qū)的應(yīng)力降低，切削力則相應(yīng)降低，有利于提高刀具使用壽命，切削速度可提高。但加熱切削法對被加工表面和表層的物理力學(xué)性能有影響，選用時應(yīng)謹(jǐn)慎。低溫切削加工 切削過程中通過一定的強制冷卻手段使得工件保持低溫狀態(tài)，工件的力學(xué)性能向有利于切削加工的趨勢變化，刀具則因低溫環(huán)境切削加工性能更好，壽命提高。磁化切削加工 使工件和刀具兩者之一被磁化，切削過程中帶磁切削，切削加工性可得到改善。振動切削加工 低頻振動切削具有很好的斷屑效果，可不斷用斷屑裝置，使刀刃強度增加，切削時總功率消耗比帶有斷屑裝置的普通切屑降低40%左右。高頻振動切削也稱超聲波振動切削，有助于減小刀具與工件之間的摩擦，降低切削溫度，減少刀具的粘著磨損，從而提高切削效率和加工表面質(zhì)量，刀具壽命約可提高40%。

結(jié)束語：

難加工材料加工技術(shù)是機械加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，它的發(fā)展體現(xiàn)著國家制造業(yè)的制造水平。目前難加工材料加工技術(shù)發(fā)展日趨成熟，已經(jīng)實現(xiàn)了對鈦合金、高溫合金、不銹鋼等多種難加工材料的加工。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，必將對產(chǎn)品零部件的性能提出新的和特殊的要求，會有更多難加工材料需要加工，難加工材料加工技術(shù)也將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

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[6]韓榮第，于啟勛，難加工材料切削加工[M].，北京：機械工業(yè)出版社，1996.123-150 [7]李啟芳，難加工材料的加工技術(shù)[M].，北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1992.153-167

第四篇：第一章 切削加工基礎(chǔ)知識

第一章 切削加工基礎(chǔ)知識

一、本章的教學(xué)目的與要求

本章主要介紹了機械加工基礎(chǔ)知識。重點應(yīng)掌握切削運動及切削用量概念；切削刀具及其材料基本知識；切削過程的物理現(xiàn)象及控制；砂輪及磨削過程基本知識；材料切削加工性概念；機械加工工藝過程基本概念；機械加工質(zhì)量的概念等。掌握本章內(nèi)容為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)，為初步具備分析、解決工藝問題的能力打基礎(chǔ)，為學(xué)生了解現(xiàn)代機械制造技術(shù)和模式及其發(fā)展打基礎(chǔ)。學(xué)生學(xué)習(xí)本章要注意理論聯(lián)系生產(chǎn)實踐，才能更好體會，加深理解。可通過課堂討論、作業(yè)練習(xí)、實驗、校內(nèi)外參觀等及采用多媒體、網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代教學(xué)手段學(xué)習(xí)，以取得良好的教學(xué)效果。為學(xué)好本章內(nèi)容，可參閱鄧文英主編《金屬工藝學(xué)》第4版、傅水根主編《機械制造工藝基礎(chǔ)》(金屬工藝學(xué)冷加工部分)、李愛菊等主編《現(xiàn)代工程材料成形與制造工藝基礎(chǔ)》下冊及相關(guān)機械制造方面的教材和期刊。

二、授課主要內(nèi)容

1切削運動和切削要素

主要學(xué)習(xí)零件表面的形成、切削運動、切削用量、切削層參數(shù) 2切削刀具和切削過程

主要學(xué)習(xí)切削刀具材料、車刀、刨刀、鏜刀、麻花鉆、銑刀的結(jié)構(gòu)及刀具幾何角度，切削的形成及形態(tài)、積屑瘤、切削力、切削熱和切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度

3磨具和磨料切削 主要學(xué)習(xí)磨具和磨削原理 4材料的切削加工性

主要學(xué)習(xí)衡量材料切削加工性能的指標(biāo)、常用材料的切削加工性、改善材料切削加工性的方法

5機械加工工藝過程基本概念

主要學(xué)習(xí)工藝過程的基本概念、工件的安裝和夾具、基準(zhǔn)及其選擇原則、工件在夾具中的定位

6機械加工質(zhì)量的概念

主要學(xué)習(xí)機械加工精度、機械加工表面質(zhì)量

三、重點、難點及對學(xué)生的要求（掌握、熟悉、了解、自學(xué)）

讓學(xué)生重點掌握切削運動及切削用量概念、切削刀具及其材料基本知識、切削過程、砂輪及磨削過程、材料切削加工性、機械加工工藝過程基本概念；機械加工質(zhì)量等概念。

四、要外語詞匯

主運動：primary motion 進給運動：feed movement 車刀：turning tools 刀具材料：cutting tools materials 切削過程：cutting process 磨具：abrasive grinding tools 表面質(zhì)量：machining quality of machined surfaces

五、輔助教學(xué)情況（多媒體課件、板書、繪圖、標(biāo)本、示數(shù)等）

主講（板書）+課堂討論+作題練習(xí)+實驗+多媒體課件+實物

六、復(fù)習(xí)思考題

1.試說明下列加工方法的主運動和進給運動：

a.車端面；b.在鉆床上鉆孔；c.在銑床上銑平面；d.在牛頭刨床上刨平面；e.在平面磨床上 磨平面。

2.試說明車削時的切削用量三要素，并簡述粗、精加工時切削用量的選擇原則。

3.車外圓時，已知工件轉(zhuǎn)速n=320 r/min，車刀進給速度vf=64 mm/min，其它條件如題圖1-1所示，試求切削速度vc、進給量f、背吃刀量ap、切削層公稱橫截面積AD、切削層公稱寬度bD和厚度hD。

4.彎頭車刀刀頭的幾何形狀如題圖1-2所示，試分別說明車外圓、車端面(由外向中心進給)時的主切削刃、刀尖、前角γ0、主后角ao、主偏角kr和副偏角kr'。

題圖1-1

題圖1-2 5.簡述車刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角的作用及選擇原則。

6.機夾可轉(zhuǎn)位式車刀有哪些優(yōu)點? 7.刀具切削部分材料應(yīng)具備哪些基本性能?常用的刀具材料有哪些? 8.高速鋼和硬質(zhì)合金在性能上的主要區(qū)別是什么?各適合做哪些刀具? 9.切屑是如何形成的?常見的有哪幾種? 10.積屑瘤是如何形成的?它對切削加工有哪些影響?生產(chǎn)中最有效的控制積屑瘤的手段是什么? 11.設(shè)用γ0=15°, ao=8°, kr=75°, kr'=10°,?s =0°的硬質(zhì)合金車刀，在C6132型臥式車床上車削45鋼(正火，187HBS)軸件的外圓，切削用量為vc=100 mm/min、f=0.3 mm/r、ap=4 mm，試用切削層單位面積切削力kc計算切削力Fc和切削功率Pm。若機床傳動效率η=0.75，機床主電動機功率PE=4.5 kW，試問電動機功率是否足夠? 12.切削熱對切削加工有什么影響? 13.背吃刀量和進給量對切削力和切削溫度的影響是否一樣?如何運用這一規(guī)律指導(dǎo)生產(chǎn)實踐? 14.切削液的主要作用是什么?常根據(jù)哪些主要因素選用切削液? 15.刀具的磨損形式有哪幾種?在刀具磨損過程中一般分為幾個磨損階段?刀具壽命的含義和作用是什么? 16.試分析砂輪磨削金屬與刀具切削金屬的過程及原理有何異同?原因何在? 17.如何評價材料切削加工性的好壞?最常用的衡量指標(biāo)?如何改善材料切削加工性? 18.什么是生產(chǎn)過程、工藝過程、工序和安裝? 19.生產(chǎn)類型有哪幾種? 汽車、電視機、金屬切削機床、大型軋鋼機的生產(chǎn)各屬于哪種生產(chǎn)類型? 各有何特征? 20.機械加工中，工件的安裝方法有哪幾類? 各適用于什么場合? 21.什么是夾具? 按其用途不同，夾具分為哪幾類? 各適用于什么場合? 22.何謂基準(zhǔn)?根據(jù)作用的不同，基準(zhǔn)分為哪幾種? 23.何謂粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)? 試述粗、精基準(zhǔn)的選擇原則各是什么? 24.試選擇如題圖1-3所示三個零件的粗、精基準(zhǔn)。其中題圖1-3a是齒輪，m=2,Z=37，毛坯為熱軋棒料；題圖1-3b是液壓油缸，毛坯為鑄鐵件，孔已鑄出；題圖1-3c是飛輪，毛坯為鑄件。均為批量生產(chǎn)。圖中除了標(biāo)有不加工符號的表面外，均為加工表面。25.何謂工件的六點定位原理?加工時，工件是否都要完全定位? 26.什么是加工精度?包括哪些內(nèi)容? 27.機械加工表面質(zhì)量的含義是什么?它與表面粗糙度有何區(qū)別?圖樣上常標(biāo)注哪一項?

題圖1-3

七、參考教材（資料）孫大涌主編.先進制造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2000 2 李偉光主編.現(xiàn)代制造技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2001 3 機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊：機械制造工藝及設(shè)備卷(二)第2版.北京：機械工業(yè)出版社，1997 4 鄧文英主編.金屬工藝學(xué)第4版.北京：高等教育出版社，2000 5 吳桓文主編.工程材料及機械制造基礎(chǔ)(Ⅲ)機械加工工藝基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1990 6 盧秉恒主編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機械工業(yè)出版社，1999 7 張世昌，李 旦等.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2001 8 傅水根主編.機械制造工藝基礎(chǔ)(金屬工藝學(xué)冷加工部分).北京：清華大學(xué)出版社，1998 9 李愛菊，王守成等.現(xiàn)代工程材料成形與制造工藝基礎(chǔ)(下冊).北京：機械工業(yè)出版社，2001 10 賈青云，李冬妮等.現(xiàn)代汽車制造技術(shù)之機械加工：世界汽車技術(shù)發(fā)展跟蹤研究(一).汽車工藝與材料，2002，(4)11 苗赫濯，齊龍浩等.新型陶瓷刀具在機械工程中的應(yīng)用.機械工程學(xué)報，2002，38(2)

第一章 機械加工基礎(chǔ)知識

切削加工是使用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)，在工具和工件的相對運動中，把工件上多余的材料層切除，使工件獲得規(guī)定的幾何參數(shù)(尺寸、形狀、位置)和表面質(zhì)量的加工方法。

第一節(jié) 切削運動及切削要素

一、零件表面的形成

1.基本表面：外圓面、內(nèi)圓面(孔)、平面 2.成形面：螺紋、齒輪的齒形等

這些表面可分別用圖1-1所示的相應(yīng)加工方法來獲得。

圖1-1 零件不同表面加工時的切削運動

二、切削運動

切削運動(cutting motions)：在切削加工中，刀具和工件間必須有一定的相對運動。切削運動可以是旋轉(zhuǎn)運動或直線運動，也可以是連續(xù)的或間歇的 切削運動包括主運動(圖中Ⅰ)和進給運動(圖中Ⅱ)。

主運動(primary motion)是使刀具和工件之間產(chǎn)生相對運動，促使刀具接近工件而實現(xiàn)切削的運動。如圖1-2所示工件的旋轉(zhuǎn)運動。主運動速度最高，消耗功率最大。主運動只有一個。

進給運動(feed movement)使刀具與工件之間產(chǎn)生附加的相對運動，加上主運動，即可連續(xù)地切除余量，如圖1-2所示車刀的移動。進給運動可以是1個或多個

圖1-2 切削運動和加工表面

三、切削用量

切削用量(cutting conditions)包括切削速度vc、進給量f(或進給速度vf)和背吃刀量aP；三要素。

1.切削速度

切削刃上選定點相對工件主運動的瞬時速度稱為切削速度(cutting speed)，以vc表示，單位為m/s或m/min。

若主運動為旋轉(zhuǎn)運動(如車削、銑削等)，切削速度一般為其最大線速度。 vc??dn1000 m/s或m/min 式中：d—工件(或刀具)的直徑，mm；n—工件(或刀具)的轉(zhuǎn)速，r/s或r/min。

若主運動為往復(fù)直線運動(如刨削、插削等)，則常以其平均速度為切削速度，即：  vc?2Lnr m/s或m/min 1000式中：L—往復(fù)行程長度，mm；nr——主運動每秒或每分鐘的往復(fù)次數(shù)，str/s或str/min。

2.進給量

刀具在進給運動方向上相對工件的位移量稱為進給量(feed rate)。

用單齒刀具(如車刀、刨刀等)加工時，進給量常用刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程刀具在進給

運動方向上相對工件的位移量來度量，稱為每轉(zhuǎn)進給量或每行程進給量，以f表示，單位為mm/r或mm/str。

用多齒刀具(如銑刀、鉆頭等)加工時，進給運動的瞬時速度稱進給速度，以vf表示，單位為mm/s或mm/min。刀具每轉(zhuǎn)或每行程中每齒相對工作進給運動方向上的位移量，稱每齒進給量，以fz表示，單位為mm/z。fz、f、vf之間有如下關(guān)系：

 vf?fn?fzzn mm/s或mm/min 式中：n—刀具或工件轉(zhuǎn)速，r/s或r/min；z—刀具的齒數(shù)。

3.背吃刀量

在通過切削刃上選定點并垂直于該點主運動方向的切削層尺寸平面中，垂直于進給運動方向測量的切削層尺寸，稱為背吃刀量(back engagement of the cutting edge)，以aP表示，單位為mm。如圖1-2所示，車外圓時，aP可用下式計算，即  ap?dw?dm mm 2式中：dw、dm—工件待加工和已加工表面直徑，mm。

工件上由主切削刃形成的那部分表面是過渡表面。

四、切削層參數(shù)

切削層是指切削過程中，由刀具切削部分的一個單一動作(如車削時工件轉(zhuǎn)一圈，車刀主切削刃移動一段距離)所切除的工件材料層。它決定了切屑的尺寸及刀具切削部分的載荷。切削層的尺寸和形狀，通常是在切削層尺寸平面中測量的，如圖1-3所示。

(1)切削層公稱橫截面積AD 在給定瞬間，切削層在切削層尺寸平面里的實際橫截面積，單位為mm2。

(2)切削層公稱寬度bD 在給定瞬間，作用于主切削刃截形上兩個極限點間的距離，在切削層尺寸平面中測量，單位為mm。

(3)切削層公稱厚度hD 同一瞬間切削層公稱橫截面積與其公稱寬度之比，單位為mm。由定義可知

 AD?bDhDmm2

因AD不包括殘留面積，而且在各種加工方法中AD與進給量和背吃刀量的關(guān)系不同，所以AD不等于f和aP的積。只有在車削加工中，當(dāng)殘留面積很小時才能近似地認(rèn)為它們相等，即

AD?fap mm

第五篇：數(shù)控切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)

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數(shù)控切削加工領(lǐng)域的數(shù)字化測量技術(shù)

作者：彭林波 何蔚 鄧文科

來源：《科技創(chuàng)新導(dǎo)報》2011年第17期

摘 要:在數(shù)控切削加工中,數(shù)控切削加工技術(shù)是一項要求非常嚴(yán)格的工作,合格的數(shù)控切削技術(shù)操作不但能確保工件的加工質(zhì)量,還能實現(xiàn)高速、高效而精密的數(shù)控切削。本文從分析數(shù)控切削加工中數(shù)字化測量技術(shù)的基本概況入手,進而探討當(dāng)代數(shù)字化的測量技術(shù)和量具量儀的發(fā)展,具體研究了數(shù)字測量技術(shù)在數(shù)控切削加工領(lǐng)域的運用。

關(guān)鍵詞:數(shù)控技術(shù)數(shù)字化測量原理精磨測量技術(shù)

中圖分類號:TH16 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0117-01

在機械制造與機械加工行業(yè)中,要實現(xiàn)高效率、高精度、功能齊全、過程穩(wěn)定的數(shù)控切削加工,我們就一定要注重數(shù)字化測量操作。當(dāng)然,數(shù)字化測量操作是一個復(fù)雜的過程,牽涉到很多具體的實際操作問題。數(shù)字化測量處理出現(xiàn)問題,不但會對數(shù)控切削加工中零件的精度產(chǎn)生影響,還會使加工過程面臨刀具和數(shù)控機床發(fā)生碰撞的潛在危險。為此,本文將重點探討數(shù)字化測量的基本原理,并簡單介紹幾種常見的數(shù)字化測量精準(zhǔn)技巧。數(shù)控切削加工中數(shù)字化測量的基本原理

我們在數(shù)控切削加工機床上進行先進的切削加工,就一定要用到先進的數(shù)控切削刀具,我們首先要通過數(shù)字化測量來具體確定工件的坐標(biāo)系中刀具刀位點的起始位置,也就是我們通常所說的數(shù)字化測量點或者起刀點;再通過定位裝夾來確定機床坐標(biāo)系中工件的具體位置。這類高速且高效、精密又復(fù)雜、兼具穩(wěn)定可靠和綠色環(huán)保的先進數(shù)控切削加工技術(shù)就離不開精準(zhǔn)的數(shù)字化測量技術(shù)與儀器,數(shù)字化的測量技術(shù)在數(shù)控切削刀具從設(shè)計制造再到使用的整個刀具產(chǎn)品的生命周期過程中都起著非常重要的作用。

數(shù)控加工工藝要考慮加工零件的工藝性,加工零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式,也要選擇刀具,制定工藝路線、切削方法及工藝參數(shù)等,而這些在常規(guī)工藝中均可以簡化處理。因此,數(shù)控加工工藝比普通加工工藝要復(fù)雜得多,影響因素也多,因而有必要對數(shù)控編程的全過程進行綜合分析、合理安排,然后整體完善。相同的數(shù)控加工任務(wù),可以有多個數(shù)控工藝方案,既可以選擇以加工部位作為主線安排工藝,也可以選擇以加工刀具作為主線來安排工藝。數(shù)控加工工藝的多樣化是數(shù)控加工工藝的一個特色,是與傳統(tǒng)加工工藝的顯著區(qū)別。

由于數(shù)控加工的自動化程度較高,相對而言,數(shù)控加工的自適應(yīng)能力就較差。而且數(shù)控加工的影響因素較多,比較復(fù)雜,需要對數(shù)控加工的全過程深思熟慮,數(shù)控工藝設(shè)計必須具有很好的條理性,也就是說,數(shù)控加工工藝的設(shè)計過程必須周密、嚴(yán)謹(jǐn),沒有錯誤。

凡經(jīng)過調(diào)試、校驗和試切削過程驗證的,并在數(shù)控加工實踐中證明是好的數(shù)控加工工藝,都可以作為模板,供后續(xù)加工相類似零件調(diào)用,這樣不僅節(jié)約時間,而且可以保證質(zhì)量。作為模板本身在調(diào)用中也是一個不斷修改完善的過程,可以達到逐步標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的效果。

由于數(shù)控加工的自動化程度高,安全和質(zhì)量是至關(guān)重要的。數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過驗證后才能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。在普通機械加工中,工藝員編寫的工藝文件可以直接下到生產(chǎn)線用于指導(dǎo)生產(chǎn),一般不需要上述的復(fù)雜過程。數(shù)控切削加工中數(shù)字化測量技術(shù)簡介

隨著科學(xué)技術(shù)和模具制造工藝的進一步發(fā)展,企業(yè)在數(shù)控切削加工中運用越來越多的數(shù)字化測量儀器來實現(xiàn)數(shù)控機床數(shù)字化測量操作的高效率和高精度,對于一些需要通過復(fù)雜數(shù)字化測量的工件也有了更多的精準(zhǔn)技巧創(chuàng)新。

2.1 數(shù)控刀具與刀片數(shù)字化檢測技術(shù)

我們在實際的數(shù)控操作中主要運用到的是采用了測量的精密成形和復(fù)雜組合式的數(shù)控刀具與刀片幾何精度方面的非接觸式激光或者光學(xué)數(shù)字化檢測技術(shù)、儀器等。目前由于精磨測量技術(shù)的迅速發(fā)展,在線測量技術(shù)已可進行加工狀態(tài)的實時顯示,及時檢測是否出現(xiàn)異?，F(xiàn)狀。專用刀具的檢測,需要用到滾刀檢測儀、齒輪測量中心、專業(yè)的精密數(shù)控拉刀測量儀、弧錐齒輪刀盤檢測儀等專用測量技術(shù)與儀器對其進行檢測。測量儀器是深受機床工業(yè)影響的行業(yè)。目前,組合式數(shù)控機床一般采用的技術(shù)有:激光技術(shù)(傳感技術(shù))、CAD/CAM耦合、激光集成、儀器儀表精密制造。這種機床的優(yōu)點明顯:在線檢測技術(shù)保證了加工過程(工具交換、傳送和放置時間)得到縮短,費用(物流、設(shè)備使用負(fù)荷)均得到降低,而產(chǎn)品質(zhì)量(整個流程自動進行)得到提高。

2.2 數(shù)控工具系統(tǒng)方面的檢測技術(shù)

一般而言,為了確保數(shù)字化測量的精度,我們會將數(shù)字化測量點盡量設(shè)置在工件零件的設(shè)計基準(zhǔn)或者工藝基準(zhǔn)之上。而現(xiàn)代數(shù)控工具系統(tǒng)方面的數(shù)字化檢測技術(shù)發(fā)展一般都具有很強的雙面約束性、兩面夾緊定位功能,并準(zhǔn)備發(fā)展成為其主導(dǎo)結(jié)構(gòu)和功能,它可以為數(shù)控刀具的軸系提供綜合的剛度與精度,在幾何精度方面的檢測也要比傳統(tǒng)測量系統(tǒng)更加復(fù)雜精密。

2.3 數(shù)控刀具在機檢測

在數(shù)控刀具進行精度的安裝與切削加工過程中,我們可以選擇一定的數(shù)字化測量點對數(shù)控刀具進行在機的檢測,實時監(jiān)控其在使用時和使用后的磨損與破壞狀況。數(shù)控切削加工需要對批量產(chǎn)品在技術(shù)質(zhì)量的穩(wěn)定性和大型的難加工材料工件在加工質(zhì)量方面進行確保,就需要運用到在機檢測這種重要的技術(shù)方法。我們的工廠也迫切地需求這種可以進行可靠的數(shù)控刀具的在機精度的檢測與補償調(diào)整,并對磨損破損進行實時的監(jiān)控與維護。數(shù)控切削加工中數(shù)字化測量技術(shù)主要發(fā)展方向

隨著生產(chǎn)水平的提高,高效率測量成為測量技術(shù)的主要指標(biāo),為了實現(xiàn)生產(chǎn)的高速化、高效率,必然要提高測量效率,近年,隨著在線測量技術(shù)、非接觸式測量技術(shù)的發(fā)展,筆者認(rèn)為,數(shù)字化測量技術(shù)未來的其主要發(fā)展方向如下:

(1)測量精度的進一步發(fā)展。將會由傳統(tǒng)檢測儀器三維測量儀、投影儀等的μm級檢測向現(xiàn)代光電檢測設(shè)備的nm級發(fā)展;

(2)測量水平的發(fā)展。其主要表現(xiàn)在測量的范圍上,將會把測量范圍進一步增大,由點到面,由單一方向的測量向整體形狀測量方向發(fā)展;

(3)測量可靠性發(fā)展。這得益于標(biāo)準(zhǔn)化的日益完善,精密儀器的進一步開發(fā)。結(jié)語

由于數(shù)控機床具體的操作中會使用到種類多樣、尺寸不一的測量工具,數(shù)字化的測量技術(shù)操作在數(shù)控切削加工時起著非常重要的作用。因此,我們一定要掌握現(xiàn)代測量技術(shù)操作的原理與要領(lǐng),明確數(shù)字化測量操作中的具體環(huán)節(jié),再根據(jù)具體的實際情況,選擇合適的數(shù)字測量方法、確定正確的程序指令、設(shè)置科學(xué)合理的測量參數(shù)與測量補償值,以期通過精確的數(shù)字化測量來實現(xiàn)數(shù)控切削加工程序編制的簡化,保證工件的加工質(zhì)量,提高零件的加工效率。

參考文獻

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