切削技术范文10篇

切削技术范文篇1

切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。

1.1切削测力仪

1.1.1应变式测力仪

应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即

应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。

应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。

1.1.2压电式测力仪

压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。

从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。

1.1.3电流式测力仪

直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。

文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。

电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。

1.2数据采集系统

如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。

目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。

1.3数据显示和分析处理

早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。

2切削力测量技术的发展趋势

现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。

针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：

（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；

（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；

（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。

参考文献

［1］罗学科.动态多维力传感器的理论研究与实践［D］.北京航空航天大学博士论文,1995.1.

［2］姜术君.采用虚拟仪器技术构建测力系统的研究［D］.北京航空航天大学硕士学位论文,2004.3.

［3］杨兆建，王勤贤.测力传感器研究发展综述［J］.山西机械，2003，（1）.

［4］周林，殷侠.数据采集与分析技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2005.

［5］张小牛，侯国平，赵伟.虚拟仪器技术回顾与展望［J］.测控技术，2000，（9）.

［6］苏建修.高速切削关键技术［J］.机电国际市场，2001，（11）.

切削技术范文篇2

关键词：高速切削刀具；数控加工；应用

一、高速切削技术和高速切削刀具

目前，切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技术的发展经历了以下4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段(193l—l971年)，高速切削的应用探索阶段(1972-1978年)，高速切削实用阶段(1979--1984年)，高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点：第一，生产效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是径向切削分力大幅度减少，特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三，切削热95%被切屑带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，高速切削时，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，振动较小，适合加工精密零件。

高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制，因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。

二、高速切削刀具的发展情况

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而，由于天然金刚石价格昂贵，加工焊接非常困难，除少数特殊用途外，很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单，因此在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料，是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此，虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备，但仍是适合钢类材料切削，具有高耐磨性的优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能，因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料，也是国内外公认的用于硬态切削，高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差，制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具，在生产中有美好的应用前景，目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料，横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金，化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

三、高速切削刀具的具体应用情况

理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性，与工件有较小的化学亲和力，高的热传导系数，良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺，达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相的周围，提高了硬质合金的硬度与耐磨性，在硬切削中获得较广泛应用。公务员之家

陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性，使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比，CBN刀具拥有更高的断裂韧性，因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此，具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具，但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强，易引起化学反应，因此不能用于钢的硬切削。

一般而言，PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工；而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中，特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工，CBN刀具性能最好，其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。

结论

高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式，极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合，改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键，随着技术的不断完善，将为模具制造带来一次全新的技术革新。

参考文献

[1]韩福庆高速切削刀具材料的开发与选择[J]化学工程与装备2008

[2]周纯江叶红朝高速切削刀具相关关键技术的研究[J]机械制造2008

[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J]机械设计与制造2008

[4]马向阳李长河高速切削刀具材料[J]现代零部件2008

切削技术范文篇3

1加热切削技术及现状

加热切削技术的出现及发展

加热切削加工方法巧妙地利用了高能热源的热效应，对被切削材料进行加热，使材料切削部位受热软化，硬度、强度下降，易产生塑性变形(图1)。由于加热温升后工件材料的剪切强度下降，使切削力和功率消耗降低，振动减轻，因而可以提高金属切除率，改善加工表面的粗糙度。又因刀具耐用度与工件温度存在一定的关系(通常，当工件温度在810℃左右时刀具的耐用度最大)，所以还可延长刀具寿命。

早在1890年就出现了对材料进行通电的加热切削，并获美国和德国专利。20世纪40年代，加热切削在美、德开始进入工业应用实践，证明高温能使“不可能”加工的金属提高加工性能，并取得经济效益。但这个时期加热切削尚处于发展的初步阶段，加工质量难以保证，基本上没有应用到生产实际中。60年代以后，利用刀具与工件构成回路通以低压大电流，实现了导电加热切削，使切削能顺利进行。70年代初，出现了一种有效的等离子弧加热切削，最初由英国研制成功。80年代以后，开发了激光加热切削，由于激光束能快速局部加热，较好地满足了加热切削的要求，因而提高了加热切削技术的实用价值。

一般热源

加热切削所用热源，如通电加热、焊矩加热、整体加热、火焰和感应局部加热及导电加热，通称为一般热源。这些热源都能对被加工材料加热，对加热切削技术的出现和发展起了重要作用，但它们存在加热区过大、热效率低、温控困难、加工质量难以保证等问题，使切削不理想，难以甚至未能应用到生产实际中去。

等离子弧及激光热源

等离子弧加热切削，用等离子弧喷枪中的钨作阴极，工件材料作阳极，通电后形成高温的等离子弧，其特点是加热温度高，能量集中，可对难加工材料进行高效切削。研究表明，在加热切削冷硬铸铁和高锰钢等难加工材料时，切削速度高达100～150m/min，刀具耐用度可提高1～4倍。这种方法存在的问题是加热点必须与刀具有一定距离，加热效果难控制；加工条件恶劣，需要防护装置。

激光加热切削以激光束为热源，对工件进行局部加热，其优点是热量集中，升温迅速；热量由表及里逐渐渗透，刀具与工件交界面的热量较低；激光束可照射到工件的任何加工部位并形成聚焦点，便于实现可控局部加热。研究结果表明，激光加热切削可使切削力下降25%左右，还能有效改善工件的表面粗糙度。存在的主要问题是大功率激光器价格昂贵，能量转换效率低，金属材料对激光吸收能力差，吸收率一般只有15%～20%左右，经磷酸处理后，吸收能力可提高到80%～90%，但经济可行性差，这是这种加热方法难以推广应用的原因之一。

以上两种热源的出现，大大推动了加热切削技术的发展，国内外已进行了大量卓有成效的研究工作。但要顺利地用于生产，达到预期的切削效果，还有一些问题需要解决，尤其是切削机理还需进一步探索和研究，如加工过程中还存在由于一定的热扩散而影响加工质量，功率消耗多，温度控制困难，热源装置不理想，价格昂贵等问题，所以生产上实用进程不快。加热切削技术的关键在于加热，目前，一般的目标是加热到难加工材料熔化前处于软化的温度，但这一温度是否合适，怎样达到和控制这个温度，还需进一步探索、分析和研究。

2加热切削的研究及关键技术

研究目标和意义

研究课题以难加工材料组织相变理论、金属切削原理和热学传导为基础，以难加工材料难切削的机理为出发点，着重分析和寻找温度、材料组织形态的变化以及与切削力之间的关系，摸索切削规律，确定改善材料可切削性的对策，进而从根本上解决难加工材料的切削问题。

研究工作的前提条件之一是，目前已有了激光和等离子弧这类热梯度很陡的热源，加热温度能在几毫秒内达到需要值，容易控制、调节温度的高低。前提条件之二是，相当部分材料组织具有相变时的超塑特征，在这种状态下，材料组织分子的结合力最低，而此状态的温度又大大低于材料熔化前软化的温度，所以有可能摆脱难加工材料切削加工目前所处的困境。因为，如果难加工材料实现加热切削必须达到材料软化温度的话，实践已证明很难取得预期的切削效果。

研究的意义在于提出的基于改变组织形态的切削方法，是将材料科学的固态相变理论扩展用于切削加工领域。这种深入的机理探讨和研究，是金属切削原理的创新，也是制造技术发展方向上的新思路。另外，如果能使难加工材料的加热切削技术朝着比目前的切削温度更低、加工精度更高、加工速度更快的方向发展，无疑能推进加热切削的实用进程。

关键技术

材料的相变超塑性能力及变化规律。

金属材料超塑性状态的特点，是在一定条件下呈粘性或半粘性，没有或只有很小的应变硬化现象，流动性和填充性很好，超塑变形为宏观均匀变形，变形后表面光滑，没有起皱、凹陷、微裂及滑移痕迹等。金属材料在超塑状态进行切削是否也呈现上述现象，或者是否还有其他特殊现象是需要搞清楚的。材料在超塑状态下切削时的超塑性能力及其变化规律是需要研究的关键技术之一，这对提高难加工材料的切削效果有着重要意义。

一般钢铁材料都有相变超塑性(图2)，它是在相变发生和进行时产生的，依存于加热)冷却速度。黑色金属超塑性变形有一定的温度区，这个温度区比较狭窄，可以有1个，也可以有2个以上。如30CrMnSiA只在处于770℃才出现较好的超塑性，此时a与b两相的体积比率接近于1，最大应力降到30MPa，温度区窄；在700℃左右的一个范围内，超过临界温度就没有超塑性了。在超塑区域内，温度值应该稳定，不应起伏波动，恒温持续时间也不应过长，否则超塑现象会消失。钢从奥氏体区域以大于临界冷却速度进行淬火，可得到马氏体。由于加工应变诱发和进行马氏体相变，产生相变超塑性。马氏体转化与温度有关，并有一定限度。超塑性是在某一适当的温度范围才出现的状态，若想有效利用超塑性，必须在0.5T熔以上到相变温度以下的温度范围内进行加工。

加热温度的影响因素及控制方法。金属材料的相变超塑性对温度有苛刻的要求，在温度循环中的应变、应变速度、作用应力及加热速度等都会对温度产生影响，这是研究的关键技术之二。激光辐射材料时，其光能被材料吸收，并转换为热能。激光加热的热传导是一个非常复杂的过程，激光以很高的速度穿透表面进入材料深处，其初始速度可达5～20cm/s。热量在材料中传导扩散，造成一定的温度场。用数学方法分析计算热传导，对把握激光加热效果有重要意义。可以利用激光辐射形成的线状热源的变长度和变热源的性质，用数学分析方法来研究，寻找热源的温度场。根据上述理论建立的传热数学模型与激光加热切削过程进行仿真，对各主要参数作出精确的预测，加热切削的研究是非常重要的，也是取得良好效果的有力保证。

等离子弧加热切削淬火钢的试验表明，如果等离子枪安置在切削刀具前适当的位置，其倾斜角度、离加工面的距离及距切削刀尖的弧长等均可调节，并与适当的电压、电流、压缩气体压力和流量相配合，这样来控制加热温度，实现超塑组织状态下的切削，可以获得好的加工质量。

采用上述两种热源加热，使金属(尤其是Fe-C合金系)中亚共析钢容易实现超塑性，低碳钢等材料较易处于相变超塑状态，可以达到加热作用时间短、热源对材料作用区域小的目的，其面积、形状、大小都可调节，为金属超塑组织形态应用于切削加工创造了条件。

应用前景

使金属处于一定组织形态的加热切削有着广阔的应用前景：(1)实现难加工材料的切削加工，并提高切削质量，这是主要的应用领域；(2)对于低碳钢、纯金属等材料的切削，可以改善加工表面粗糙度；(3)对于常用金属材料，如45钢的切削，因为切削力降低，可节省能源消耗；(4)可有效解决机修工业中高硬度堆焊层的难切削问题；(5)在航宇工业等尖端科学的制造技术研究工作中有独特的作用。

切削技术范文篇4

关键词：高速切削刀具；数控加工；应用

一、高速切削技术和高速切削刀具

目前，切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中，集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段。

“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的，并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是：在常规的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而提高，当到达某一速度极限后，切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后，高速切削技术的发展经历了以下4个阶段：高速切削的设想与理论探索阶段(193l—l971年)，高速切削的应用探索阶段(1972-1978年)，高速切削实用阶段(1979--1984年)，高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点：第一，生产效率提高3～1O倍。第二，切削力降低30%以上，尤其是径向切削分力大幅度减少，特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三，切削热95%被切屑带走，特别适合加工容易热变形的零件。第四，高速切削时，机床的激振频率远离工艺系统的固有频率，工作平稳，振动较小，适合加工精密零件。

高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一，不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设，完全不起作用。由于高速切削的切削速度快，而高速加工线速度主要受刀具限制，因为在目前机床所能达到的高速范围内，速度越高，刀具的磨损越快。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求，除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有：聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C，N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。

二、高速切削刀具的发展情况

金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而，由于天然金刚石价格昂贵，加工焊接非常困难，除少数特殊用途外，很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术，使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单，因此在超精密镜面切削的高技术应用领域，天然金刚石起到了重要作用。

立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料，是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石，但其氧化温度高达1360℃，且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此，虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备，但仍是适合钢类材料切削，具有高耐磨性的优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能，因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料，也是国内外公认的用于硬态切削，高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差，制约了它的应用推广，而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具，在生产中有美好的应用前景，目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段，现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN，等多元复合薄膜材料，使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中，工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料，横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金，化学稳定性和抗氧化性好，耐剥离磨损，耐氧化和扩散，具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。

三、高速切削刀具的具体应用情况

理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性，与工件有较小的化学亲和力，高的热传导系数，良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺，达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性，但由于较低的硬度和较差的高温稳定性，使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相的周围，提高了硬质合金的硬度与耐磨性，在硬切削中获得较广泛应用。

陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性，使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比，CBN刀具拥有更高的断裂韧性，因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度，高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此，具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具，但即使在低温下，其对黑色金属中铁的亲和力也很强，易引起化学反应，因此不能用于钢的硬切削。

一般而言，PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工；而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中，特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工，CBN刀具性能最好，其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。公务员之家

结论

高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式，极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合，改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键，随着技术的不断完善，将为模具制造带来一次全新的技术革新。

参考文献：

[1]韩福庆高速切削刀具材料的开发与选择[J]化学工程与装备2008

[2]周纯江叶红朝高速切削刀具相关关键技术的研究[J]机械制造2008

[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J]机械设计与制造2008

[4]马向阳李长河高速切削刀具材料[J]现代零部件2008

切削技术范文篇5

切削加工仿真技术的发展动向包括两个方面，其一是开发NC仿真软件，借以显示刀具运动轨迹，并判断刀具、刀夹与工件及其夹具是否产生干涉。

在进行立铣加工时，最基本的任务是切除刀具切削刃包络面通过部分的被加工材料，使保留下来的部分成为已加工面。完成这类加工所用的软件应包括如下内容：刀具、刀具夹头、工件、夹具等的协调，机床主轴的构成及其可工作的范围，能真实地仿真机床和刀具的动作等。特别是近几年来，由于五坐标切削加工的不断增加，在实际加工前应进行NC仿真的重要性日益突出。这类NC仿真软件中，有不少软件具有极为优异的性能，如可从金属切除体积计算出加工效率；根据金属切除体积来判断切削加工是否产生过载；如果负荷固定，由于进给速度过高而产生过载，仿真软件可调整进给速度，防止过载产生，并可缩短切削加工时间等。

切削加工仿真技术的另一发展动向是研究解析切削加工过程中的物理现象，如被加工材料因塑性变形而产生热量，被切除材料不断擦过刀具前刀面形成刀屑后被排出，以及由刀具切削刃切除不需要的材料而在工件上形成已加工面等，并将这一系列切削过程通过计算机模拟出来，目前能达到这种理想目标的产品还为数不多。Thirdwavesystems公司的“advantedge”是采用有限元法对切削加工进行特殊优化解析的软件产品，与用于构造解析的有限元法程序包比较，其最大优点是用户界面优良，机械加工的技术人员能方便地进行解析。美国scientificformingtechnologies公司的“deform”是锻造等塑性变形加工用有限元法解析程序包，最近已被转用于切削加工。

切削过程是切屑、被加工材料的弹性变形和塑性变形的变形过程，与冲压、锻造等塑性变形比较，变形速度（单位时间产生的变形量）非常大，由此产生的塑性变形能量和前刀面上由摩擦产生的能量将引起发热，从而使温度大幅度升高，刀尖在连续而狭小的范围使被加工材料破坏、分离成切屑和已加工面等，这是切削过程的显著特征。而这些现象彼此间存在复杂的相互影响。

如果用有限元解析方式，需输入下列内容：被加工材料特性及摩擦状态等物理特性；切削条件及刀具形状等边界条件。通过有限元解析刚性方程，可输出切削力、剪切角、切削温度等带有切屑生成状态特征的量化参数，在此过程中，无需建立数学模型或提出假设。根据有限元解析的结果，还易于将切屑生成过程、应力、变形等物理量实现可视化。

要获得高精度解析结果，最为重要的输入内容是反映被加工材料应力——变形关系的材料特性，而材料特性的获取是极为费力的工作。今后，随着计算机功率的增大，这种切削过程的物理仿真技术将会逐渐普及。能否迅速普及的关键在于能否及时向用户提供所需的被加工材料的材料特性。

按需开发切削加工仿真技术软件

目前，许多科技人员正在进行生产工程中最基础的切削加工技术的研究，其中多数研究的目的是在弄清楚加工现象的同时，对加工过程进行预测。如果这些研究内容实现了系统的计算机软件化，就意味着能形成一个切削仿真技术软件。如东京农工大学机械学院的实验室就正在进行几种预测性的有关切削加工仿真技术软件的研究。工艺流程和实用仿真采用了横向和纵向相匹配的研究体系，横向与产品设计到加工工序相对应；在纵向上越往上，实用性越好，往下则不仅是实用性，还包括加工现象的解析和实现可视化。

1．刀具信息数据库和解析仿真技术并用的切削条件选择系统

在实际的切削过程中，不应照搬工具厂提供的推荐切削条件，而应根据机床、工具系统、工件装卡等具体情况，反复进行试切削来修正切削条件。同时还应将过去加工中积累的行之有效的参考数据输入数据库，在有效利用这些数据的同时，借助解析方法使切削条件达到最佳化；对于没有参考数据的新的切削加工，则应开发与此相关的切削条件选择系统。该系统中把振动、加工精度、刀具升温、刀具寿命、残余应力等设定为解析内容，在解析的基础上，就能选择出最佳的刀具和调整切削条件。

本系统的数据大致分为三个部分：刀具信息数据、工具系统组成、切削条件。在切削条件中可积累有效的切削加工技术参数。

本文拟用图例表示平头立铣刀加工的最佳铣削效率和最佳化侧面的形状误差。根据数据库选择所需刀具和刀夹，预测由立铣刀和刀夹的弯曲度及卡头和主轴锥度结合部分的旋转变化所导致的加工误差。切削力的预测采用刀尖处的切削力乘以比切削抗力的模式。这是一种最简便的的方法，但却得到了切削力波形与实测值一致的良好结果。计算出每一瞬间由切削力引起的刀具挠曲量，将其和形成已加工面的切削刃位置的位移相连就能得到已加工面的形状。与大规模有限元法的计算比较，计算时间是非常少的，输入刀具信息和切削条件信息，就能容易地仿真加工误差。

尽管数据库里已具有确实适应的切削加工条件，人们仍希望进一步减少加工误差，提高加工效率。实例表明，用这种仿真和实现最佳化方式来修正切削条件是完全可能的。

2．立铣刀加工时的刀具温度

近年来，高速铣削已很普遍，由经验得知，它适用于小切深、大进给的铣削条件，而把握最佳条件却相当困难。铣削加工与车削加工不同，前者属于断续切削，在加工过程中，刀具升温和冷却高速地反复进行。由于热传导给刀具－切屑接触部分是断续进行的，必须根据这一特征来解析刀具温度的变化。热传导量对预测精度影响很大，但不需要对切屑生成状态的变形和热解析相联系进行大规模计算，因此可快速获得解析结果。切削速度、切深、进给的组合将影响最高温度，当加工效率一定时，提高进给速度，刀具温度就会降低，温度降低往往会使进给速度的提高达到极限，而提高进给速度，加工表面就会变得粗糙。因此，如果能很好地平衡粗糙度和温度的关系，就能够选择到两者相互平衡的切削条件。

3．用有限元法进行切削过程的物理仿真

在用有限元法进行切削过程的物理仿真中，作为切削条件输入的内容包括：切削速度、切削厚度、刀具前角、刀具后角、工件材料特性等。对这些参数进行解析后，就能获得切削力、切屑形状、刀具和切屑上的温度分布、应力分布、形变分布、残余应力分布等物理特性输出结果。

切削技术范文篇6

关键词：模具制造；高速加工；制造效率

在现代工业制造中，模具制造已经成为汽车生产的一个重要方式，但由于模具内表面精度要求高，且制造周期较长，从而影响产品的开发，导致企业利润下降。高速加工技术的出现，使汽车模具制造的工艺简化，生产周期缩短使企业能够快速适应多变的竞争环境，从而提升企业活力。相对于传统机械加工方式高速加工技术是切削加工得到巨大提升，相同时间内金属的切削量比传统加工提升40%~50%，并且由于高速加工时主轴转速快使切屑带着大量热，能够使工件的热变形变小，提高产品质量[1]。因此，高速加工技术是汽车模具制造中十分重要的生产方式。

1高速加工技术的现状

1.1国外现状。在二十世纪三十年代由德国科学家首先提出高速加工概念并进行实验研究，1970年，美国LockheeedMissilesandSpace公司将高速加工技术用于实际生产。随后，各工业大国都加强对高速加工技术的研发，使得高速主轴、快速进给系统、超硬超耐磨材料和数控系统方面取得较大进展。国外各大汽车公司现在普遍使用高速加工技术来制造汽车，以德国大众汽车为例，大众汽车的缸体，内饰模具以及中控台模具等大平面加工都使用到了高速加工技术，极大的提升了大众汽车的生产率和合格率，降低了成本，节约了能耗。瑞士Miccoli公司研发的五轴联动高速加工中心，采用了重量高的大理石材料作为高速加工中心的机身，可以很大程度上降低生产时产生的振动，提高所加工零件的质量。德国Siemens公司也研发出整体结构呈O型的5轴高速加工中心，使高速加工出的零件的质量进一步得到提升。高速加工技术的应用，极大地促进了高速加工技术的发展，其中以美国CincinnatiMilacron所制造的HyperMach五轴加工中心为突出，其高速加工的主轴转速已经可以达到60000r/min，最大进给速度能达到100m/min,主轴的功率高达80kW。1.2国内现状。国内高速加工技术起步较晚，大部分企业都是依靠国外进口，并且后期投入资金较少，高速加工技术发展增长缓慢，和国外有着较大的差距[2]。我国高速加工技术有着基础研究不足，加工工艺差等缺点，随着二十世纪末引进国外先进高速加工中心，高速加工技术得到了快速的发展，使机械加工周期大大减少。但国内刀具企业一直使用标准化的刀具，没有对刀具进行创新研究，虽然一直在引进一些国外先进的设备，但设备总量不够，大部分用于生产通用的刀具生产线，因此成都工具研究所以及上海工具研究等所加强对高速加工技术的投入，对高速加工技术所需的刀具材料以及加工工艺有了较大的进展，并且已经为航空航天提供产品。高速加工技术现已经成为各大高校研究所的重要课题之一。

2高速加工技术分析

2.1高速加工技术的特点。高速切削加工作为模具制造中最为重要的一项先进制造技术，是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，通过高速切削加工的应用得到了解决。其切削速度、进给速度相对于传统的切削加工有较大的提升，主要有以下特点：（1）加工效率高。相比传统机加工而言，高速加工技术对材料的切除率提高30%~50%，使模具生产效率提升510倍，提高了产品生产率[3]。（2）切削力较低，切削热量少。在进行高速加工时，随着速度增大，切削力在降低；由于高速切削时切屑会带着90%以上的热量，因此温度会在达到峰值后会降低，当温度降低到一定程度时温度保持当前不变，能够使工件加工的热变形减少，适用于精密部件的加工。以软铝为例，当切削速度达到240m/min时，铝的切削温度达到峰值，继续加大切削速度，铝的切削温度反而会降低，到切削速度增大到一定程度时，铝的切削温度降低到最低，如图1所示。（3）已加工表面质量高。由于高速加工切削力小，在对工件表面进行高速加工时已经对工件表面进行打磨，因此已加工表面质量高，不需要二次加工。（4）减少能耗，节约能源。高速加工技术加工比常规加工减少近一半时间，并且保持质量，减少了能源消耗。2.2高速加工技术刀具材料的选择。进行高速加工时，需要有很高的主轴转速、较大的进给量，因此，对高速加工技术所采用的刀具提出更高的要求。在加工常用模具材料时选用的刀具材料为涂层硬质合金，具有较高的性价比，因此适用的范围最广；加工洛氏硬度（HRC）小于50的模具钢时，所采用的刀具材料为陶瓷，具有的化学性质稳定、耐磨性好、切削速度高和价格低等优点，但它的硬度和韧性较低，易损耗[4]；加工淬硬模具钢、冷硬铸铁和钛合金等材料时选用立方氮化硼（CBN）和金刚石作为刀具的材料，具有硬度高，超高的耐磨性，高温时化学性能稳定和有良好的导热性，但价格较高。

3高速加工技术在汽车模具制造中的应用

3.1高速加工技术在汽车模具制造中的方法。高速加工技术和传统加工技术相比，加工工艺有很大的不同，常规加工使用主轴转速低，进给慢，单行程；高速加工技术使用高转速主轴，进给快，多行程。由于高速加工技术要实现高效率的加工，因此需要对加工所需的参数进行调整，其中包括高速加工时所需的刀具、切削量、进给速度等[5]。在加工之前需指定好工艺路径，尤其是对加工顺序的制定，要保证加工零件的精度达到要求，选择合理的走刀路线和换刀次数。需要数控设备具有高转速，并且机床自身需要具有良好的刚性和稳定性，以满足粗加工和精加工的需求；需要精度较高的进给系统，防止刀具进给时在工件表面留下划痕，破坏零件的质量；需要对加工路径进行规划，制定合理的走刀路线，减少下刀次数，提高加工精度。因此，汽车模具生产制造中使用高速加工技术的各阶段加工方法如下：（1）粗加工阶段，主要目的是在短时间内去除90%~95%的材料，宜采用大进给速度和大切削用量，先加工出模具外轮廓。该阶段刀具的切入与切出需要使用圆弧轨迹，旨在防止在大切削量时碰断刀具、损坏模具。（2）半精加工阶段，主要目的是对模具轮廓进行调整，宜采用小进给速度和小切削用量，去除粗加工时所产生的毛刺和飞边等，同时对汽车模具的尺寸进一步调整。该阶段加工需为精加工留有余量，应在半精加工时计算好切削量，保证后续加工。（3）精加工阶段，主要目的是对于模具最后的尺寸以及表面进行打磨，宜采用微进给速度和微切削用量，使模具的精度和表面粗糙度到达所需的要求。该阶段加工时，要严格计算每次切削的深度，尽可能减少抬刀和落刀的次数，并且在刀具切入工件表面时使用圆弧方式切入，保证在进行切削过程中不会中断影响工件表面质量；同理在切出工件表面时也需要采用圆弧方式，避免在工件表面落下划痕，使工件的精度和光滑度受到影响，从而使工件的质量达到要求。以汽车内饰注塑模具高速切削加工为例，粗加工时采用的主轴转速为800r/min，进给速度为400mm/min，加工余量1mm，能在短时间去除大量的余量；半精加工时采用的主轴转速为1500r/min，进给速度为1000mm/min，加工余量0.2mm，可以对模具外观进行调整；精加工时采用的主轴转速为10000r/min以上，进给速度为6000mm/min，加工余量为0mm，使工件的表面粗糙度达到要求。3.2汽车零件模具的高速加工。汽车零件的模具主要有仪表盘、覆盖件、轮毂以及缸体等模具，采用高速加工技术时，其加工效果、方法以及优点具体表现如下：（1）不规则零件模具加工。高速加工在对硬材料切削时有较好的效果。在进行汽车零件模具的制造时，往往需要成百乃至上千的模具，为了使汽车零件模具的制造周期缩短，并且降低汽车模具制造成本，因此，高速加工技术将是汽车零件模具制造技术的首选。对于汽车仪表盘、中控台和内饰板等不规则的零件，通常采用模具进行生产，而这些模具的内腔的形状较为复杂，传统加工方式难以进行加工，采用高速加工方法即可解决上述问题。高速加工技术在形状不规则的零件模具加工中，充分呈现出以下优点：①所加工出的汽车零件模具精度高；②在高速加工时单次的切削量小；③能够进行快速多次切削；④减少了二次修整，加工成品质量高；⑤提高了加工效率。（2）覆盖件模具加工。覆盖件大多数是由各种各样的曲面所构成，使用高速加工中心能够使生产出的覆盖件模具精度等级高、使用寿命长，并且在大进给速度时，高速加工中心可以提供高精度的定位和高精度的插补。铣削量大时，能够保证在铣削过程中不更换刀具，可以对整个曲面进行一次性加工，保证模具的精度。对汽车发动机覆盖件模具进行加工时，由于覆盖件模具需要具有高的抗拉、抗压强度和高的精度，因此，在进行覆盖件模具加工时，通常将完整的毛坯进行大量材料去除，保证模具质量。使用高速加工技术对其进行加工，采用高速加工技术对覆盖件模具的加工时具有以下优点：①高主轴转速以及快速多次的切削可以使模具的粗糙度达到要求质量得到保证；②高速的切削速度、微进给以及多次切削的精度，可以满足覆盖件模具生产的工艺要求，使模具整体加工效率得到提升。（3）缸体模具加工。应用高速加工技术可以使缸体模具生产周期减少，同时提高缸体模具的质量。现在，汽车制造企业都是使用高速加工中心来制造缸体模具，其中上海大众汽车使用高速数控钻削的技术对发动机的缸体模具和缸盖模具等进行高速加工，所加工的缸体模具以及缸盖模具能够一次成型，并且具体较高的精度，能够使缸体模具制造的工序减少，生产周期缩短[6]。（4）轮毂模具加工。使用高速加工技术能够快速制造出汽车轮毂模具，可以保证模具所生产的汽车轮毂的精度与质量。由于汽车轮毂形状复杂，使用传统加工方式费时费力，生产效率低，并且所加工的汽车轮毂难以保证精度要求，因此，使用模具制造汽车轮毂是很多企业普遍采用的方式。

4结语

高速加工在汽车制造中有着不可替代的地位，高速加工技术具高效、优质的加工优势，将继续在机械加工领域起主导作用。本文针对高速加工技术在汽车模具制造中的应用，所提出的方法与所得到的结论，特别是对复杂形状汽车零件、覆盖件、轮毂及缸体等模具高速加工中的应用，具有很高的价值。

参考文献：

[1]徐磊,李强,王冲.高速切削加工技术[J].现代制造技术与装备,2018(06):143-145.

[2]许红伍.高速加工技术在模具制造中的应用[J].江苏科技信息,2017(26):45-46.

[3]HIGHCUTTING[J].F&M:Fabricating&Metalworking,2017,16(06):36-39.

[4]Gong,Feng,Zhao,Jun,Pan,Helin,etal.Performanceofceramictoolsinhigh-speedcuttingiron-basedsuperalloys[J].MachiningScienceandTechnology,2017,21(1/2):279-290.

[5]罗勇明.模具高速加工的工艺及策略[J].中国战略新兴产业,2018(36):220.

切削技术范文篇7

切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。

1.1切削测力仪

1.1.1应变式测力仪

应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即

应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。

应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。

1.1.2压电式测力仪

压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。

从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。

1.1.3电流式测力仪

直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。

文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。

电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。

1.2数据采集系统

如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。

目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。

1.3数据显示和分析处理

早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。

2切削力测量技术的发展趋势

现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。

针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：

（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；

（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；

（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。

参考文献

［1］罗学科.动态多维力传感器的理论研究与实践［D］.北京航空航天大学博士论文,1995.1.

［2］姜术君.采用虚拟仪器技术构建测力系统的研究［D］.北京航空航天大学硕士学位论文,2004.3.

［3］杨兆建，王勤贤.测力传感器研究发展综述［J］.山西机械，2003，（1）.

［4］周林，殷侠.数据采集与分析技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2005.

［5］张小牛，侯国平，赵伟.虚拟仪器技术回顾与展望［J］.测控技术，2000，（9）.

［6］苏建修.高速切削关键技术［J］.机电国际市场，2001，（11）.

切削技术范文篇8

关键词：数控加工；碳排放；优化模型；MATLAB

数控加工低碳化既能保护环境，又可提高资源的利用率。数控技术装备的不断改革和发展，数控发展过程中的高效性和低碳性，是发展数控技术不断追求与思考的重要问题。人工地对数控机床的加工参数进行设置难以有效地利用数控机床，加工速度快也不意味着就是最有效的加工方式，加工成本和加工质量的要求也是数控加工要考虑的因素。数控加工多目标参数优化模型是以加工效率、加工成本和加工质量中的一个或多个参数为目标而建立的数学模型，通过对数学模型中参数的改变来寻求模型的最优解，得到某工序固定的最佳加工参数。不同零件的数控加工的加工工序不同，所以不同零件所要优化的目标不同。面向低碳的数控加工多目标优化模型针对数控加工中的加工参数进行探讨，将数控加工的切削速度和进给量作为模型的优化变量，建立最短加工时间和最低碳排放的优化模型。

1加工机床切削过程的碳排放

对于金属切削加工过程的碳排放源主要有消耗原材料引起的碳排放Cm、刀具使用产生的碳排放Ct、切削液使用产生的碳排放Cc、消耗电能产生的碳排放Ce和切屑的后期处理产生的碳排放Cs。由于原材料的消耗量受工艺设计阶段的影响很大，对加工废屑的后期处理一般在加工完成后进行，所以加工过程对原材料消耗引起的碳排放和切削废物处理的碳排放优化力度十分有限，所以对于碳排放的优化问题应主要考虑切削加工过程中，电能消耗引起的碳排放和刀具的使用所引起的碳排放，以及切削液的使用所引起的碳排放。结合碳排放相关理论可得由于电能消耗引起的碳排放Ce和刀具使用碳排放Ct以及切削液的使用而引起的碳排放Cc满足：=++()ttppeemowtcFWTCFEtCCTT+（1）式中：Cp为由于电能消耗引起的碳排放；Ce为刀具的使用引起碳排放Ct和切削液的使用碳排放Cc之和；Fe为电能碳排放因子；Ee为加工过程电能消耗量；Ft为刀具碳排放因子；Wt为刀具质量；Tt为刀具寿命；tm为工序切削时间；Co为纯的矿物油制备引起的碳排放；Cw为切削液废弃后处理引起的碳排放；Tp为切削液使用时间；Tc为切削液更换周期。电能碳排放因子与电网有密切的关系，所以不同电网的电能碳排放因子也就不同。机床的实际运行过程是处在不断地变化之中的，所以其实际运行过程是一个动态过程。刀具的寿命Tt是指一把新刀具被使用到报废为止所经历的切削时间，其中包含重磨时间，刀具寿命与x轴的切削速度vc，y轴的进给量f，z轴的切削深度asp有关，并随着切削速度、进给量和切削深度的增加而寿命减少。

2切削参数与约束条件

切削参数是数控加工工艺中的重要组成，切削参数的合理选择能够显著提高机床效率。一般来说切削参数的取值由机床设备本身的性能参数决定，如机床的主轴转速、最大切削功率、进给量、最大切削力、加工质量等等，所以切削参数应根据机床的性能参数在满足条件的一定范围内取值，而切削参数要满足的条件即可作为约束优化模型的约束条件，本文的约束条件主要有如下五种。（1）切削速度约束。工件的切削速度受机床主轴转速和工件直径的影响，加工机床的主轴转速越大，切削速度也就越大，机床主轴转速一般在机床出厂时就已经固定了，根据所要加工零件的特点应选择合适主轴转速的机床。工件的直径越大，相应的切削速度也就越大，随着加工过程的不断进行，工件不断地被刀具切除，切削速度则相应地减少。由于机床主轴转速由机床本身的性能决定，所以较难灵活地改变其值，由于切削速度也不能过大，所以机床所能加工的工件直径也是有范围的，工件直径不能过大。（2）刀具进给量约束。刀具进给量的大小受机床的允许进给量的限制，刀具的进给量与工件的变形直接相关，当刀具进给量增大和减小时，工件的变形会随之增大和减小，当工件的变形过大时会加剧金属变形的不均匀度，影响工件的加工质量，同时也会由于过大的摩擦、过大的产热造成刀具的加剧磨损和过热造成氧化等。所以在加工时要严格控制好刀具的进给量，避免出现由于进给量过大而造成的损失。（3）切削力和功率约束。切削加工的过程中，进给抗力应不超过机床的进给机构所允许的最大进给力。切削力是工件抵抗刀具切削时所产生的阻力，该力包括主切削力、背向力和进给力三大部分，切削力的大小受机床本身的功率大小、加工工件的材料、刀具的参数和刀片的性能以及切削时的润滑条件的影响。对于功率约束来说，机床功率的大小在一定程度上体现了机床的加工能力的大小，而对于具体的机床，其使用功率应不大于机床的最大有效切削功率，机床的切削功率主要包括三个部分：主切削功率、背向切削功率和进给功率。（4）加工表面质量约束。加工后零件的表面粗糙度必须满足零件质量的最低粗糙度要求。加工表面的粗糙度是工件表面的不平度，属于微观的几何误差，表面粗糙度越小，则工件的表面就越光滑。表面粗糙度将会影响工件的耐磨性、配合的稳定性、密封性与接触刚度等性能。工件的表面粗糙度应根据实际的粗糙度要求进行取值，数控加工的零件表面粗糙度应小于零件所要求的最大表面粗糙度要求。（5）约束条件。综上所述，通过对切削速度、刀具进给量、切削力、机床功率和加工表面质量建立约束条件可得多目标参数优化数学模型如下：（2）在建立多目标切削参数优化模型时，机床的切削速度、切削深度和进给量是要着重关注的要素。切削深度对刀具的影响较切削速度和进给量小，切削参数优化模型的建立，要明确切削速度切削深度和进给量三个变量是最基本的要求。数控加工时，由于原材料消耗引起的碳排放，消耗电能引起的碳排放和切削过程中其它物料所产生的碳排放产生的主要因素是工艺技术的优劣。由于了解原材料和辅助材料所产生碳排放是非常有限的，所以主要考虑的碳排放是电能消耗引起碳排放。本文从机床主轴转速约束、进给量约束、切削力约束、功率约束和加工表面质量约束条件建立约束优化模型。其中切削速度大于等于主轴最低转速，小于等于主轴的最高转速；刀具进给量应在机床允许的最大和最小进给量之间；切削力不超过允许最大进给力；切削功率应小于最大有效切削功率；加工表面质量满足零件表面质量的最低粗糙度要求。

3优化模型求解的方法和工具

优化模型求解的方法有很多，如：牛顿法、梯度下降法、共轭梯度法、单纯形法、复合形法等。其中复合形法是求解约束最优化问题的确定性的直接方法，该方法的算法思路清晰，对函数的性态没有特殊的要求，算法程序的结构也比较简单，且对初始点的要求也不高，所以复合形法成为求解约束最优化问题的较为常用的方法之一。求解优化模型的常用工具是MATLAB优化工具箱，MATLAB优化工具箱可求解无约束条件非线性极小值问题；约束条件下非线性极小值问题；二次规划和线性规划问题；非线性最小二乘逼近和曲线拟合问题；非线性系统方程问题；约束条件下的线性最小二乘优化问题和复杂结构的大规模优化问题等。4结语数控技术装备不断地向着高效性和低碳性的方向发展，数控加工多目标参数优化通过对数学模型中参数的改变来寻求模型的最优解，不同零件的数控加工的加工工序不同，优化目标也不同。面向低碳的数控加工多目标优化模型将数控加工的切削速度和进给量作为模型的优化变量，建立最短加工时间和最低碳排放的优化模型。切削加工过程的碳排放主要包括由于消耗原材料引起的碳排放Cm、由于刀具的使用产生的碳排放Ct、切削液的使用产生的碳排放Cc、由于消耗电能引起的碳排放Ce和切屑的后期处理引起的碳排放Cs。从机床主轴转速约束、进给量约束、切削力约束、功率约束和加工表面质量约束条件建立约束优化模型，如式（2）。优化模型求解的方法有牛顿法、梯度下降法、复合形法等，利用MATLAB优化工具箱即可完成优化模型的求解。

参考文献：

[1]戴冠林.数控加工参数优化技术研究[J].现代机械,2013,(06):10-14，47.

[2]李聪波,朱岩涛,李丽等.面向能量效率的数控铣削加工参数多目标优化模型[J].机械工程学报,2016,(21):120-129.

[3]李聪波,崔龙国,刘飞等.面向高效低碳的数控加工参数多目标优化模型[J].机械工程学报,2013,(09):87-96.

[4]刘娟桂.高效低碳数控加工参数多目标优化模型研究[J].电子技术与软件工程,2016,(11):156-157.

切削技术范文篇9

关键词：新型数控机械；加工；进刀工艺；改进措施

数控加工技术是数控机床生产过程中非常重要的一项技术，控制机床的运行是通过数字化信息进行，主要过程就是通过刀具的移动，将数字化控制的相关信息展示在程序界面上，然后在控制系统中输入相关信息，这些信息在经过编码以及转码之后能够实现整合，随之发出相应的机械指令，刀具的相对运动就是依据这些指令实现的，最终将这些零件加工出来，确保其符合相关标准。通过运用这项改进之后的加工工艺能够有效增加零件的精密度。

1研究背景分析

随着我国社会的不断发展进步，数控加工技术的应用范围越来越广泛，并且人们对于这项技术也越来越熟悉，并且这项技术在众多种类的技术当中比较热门，在很多的职业学校还将这门技术单独设置为一个专业，通过这种方式来提升学生的就业率，由此可见该项技术的优越性[1]。通过在专门的数控机床上通过数字信息来控制加工一些零部件是数控加工的主要方式，这种加工方式比普通的加工方式更精细。操作方面的要求以及质量方面的要求是传统的机床加工方式的一些要求，而数控机床不但对于质量和操作方面有要求，对于形状方面也有要求。通过运用计算机进行精确控制进一步加工机床是数控机床的主要方式。有多种计算机类型能够控制机床正常的进行工作。不同的计算机类型能够给数控机床发出来自设计数控系统的程序员所设计相关的指令，然后计算机语言就能够结合相关流程以及提前制定好的参数做好编程。传统机床在过去零部件加工过程当中使用的，有柔性比较图1粗加工走刀线路好这一明显的特征，传统机床也存在效率低下这一缺陷。随着我国经济以及科技的不断发展，传统机床这种方式已经不能够适应我国工业的发展，所以需要对传统机床的加工技术进行改进，并不断引进先进的数控技术。随着数控机床的广泛应用，其显著优势被越来越多的人发现，在应用数控机床过程中，传统机床的效率问题能够得以解决，同时数控机床还能够体现出柔性好这一特征，在实际应用过程当中也能够充分适应工业的发展趋势。计算机内部的数控程序实现改变之后能够对新的产品型号进行重新加工，总之，数控机床获得了人们的广泛好评。

2现阶段数控机械加工技术的现状

纵观现阶段数控机床的应用现状，虽然数控机床的应用范围较广，但是有一些地区仍旧在使用传统的数控机械加工进刀工艺，传统的数控机械加工进刀工艺的设置是按照之前的条件进行设置的，传统的数控机械加工进刀工艺体现出加工质量不高以及加工效率较低这一特点，传统的数控机械加工进刀工艺的这些特点难以适应工业的发展趋势，同时也难以满足市场的实际需求。对传统的数控机械加工进刀工艺进行优化，是工业发展的必然要求，通过不断优化传统的数控机械加工进刀工艺，也能够保障加工的质量，另外也能够保障加工的效率。传统的数控机械加工进刀工艺没有较强的市场竞争力[2]，一些没有采用数控机械加工技术的地区现状不容乐观，只有意识到对新型数控机械加工进刀工艺进行科学化的改造的重要性，并为之努力才能够确保一些技术以及工具的精密性。促进我国工业实现更长远的发展。

3新型数控机械加工进刀工艺改进措施

现阶段我们能够发现数控机床加工进到工艺体体现出一定的问题或者不足，对于这些问题的解决，很多的机械加工企业常常通过采用增加财力以及物力还有人力来进行解决，同时为了提升加工的效率以及加工的质量[3]，还在不断的改进数控机械加工进刀工艺。接下来重要分析卧式铣床升降台的加工中的一些改进措施。如图1粗加工走刀线路所示，改进机械加工进刀工艺之后，交替进刀这种方式在加工作业中得以呈现，并且螺纹所沿方向是Z轴方向。分层进刀这种方式是在X轴方向进行，0.9毫米是每次分层进刀的深度，其它类型的进刀方式所采用的中心线为牙宽中点，进刀的方式采用偏移这种方式。

4改进后数控机械加工进刀工艺在机械加工过程中的应用效果

改进后数控机械加工进刀工艺，其基本上能够进行高速进刀，并且在改进之后切削加工的速度得到了显著的提高。这里所说的高速是相对而言的，由于不同的材料以及不同的机器或者不同的切削方式都会产生不同的速度差，所以对于高速切削的速度并没有严格的规定，只是有速度范围的规范，铝合金的切削速度大致在每分钟1500米到每分钟5500米之间，铜的切削速度大致在每分钟1000米，钢材的切削速度大致在每分钟300米到每分钟800米之间，铸铁材料的切削速度大致在每分钟500米到每分钟1500米之间，高速切削的速度比传统的切削加工速度提升了5倍到10倍。另外，不同的切削范围也存在速度方面的差异，钻削切削中高速切削的速度大致在每分钟200米到每分钟1100米之间，车削切削中高速切削的速度大致在每分钟700米到每分钟7000米之间，磨削切削中高速切削的速度大致在每分钟9000米到每分钟21600米之间，铣削切削中高速切削的速度大致在每分钟300米到每分钟6000米之间。不同的切削方式以及切削范围有着不同的高速切削标准，需要结合实际情况，选择合适的进刀方式[4]，这样才能够保障切削生产的高效进行。高速切削在实际应用过程当中体现出以下几点作用：4.1切削的速度得到很大提升：在运用高速切削加工技术之后，切削的速度得到了很大程度的提升，另外，对于切削产生的加大的加工工件的热量，高速切削加工能够将90%以上的切削热带走，这对于减少加工工件的变形有着非常积极的作用。4.2切削的精度得到很大提升：通过改进机械加工进刀工艺，不但能能够提升切削的速度，切削系统的工作振动频率也能够有效减少，因此能够更好的控制工件表面的粗糙度，进而能够保障切削的精度。4.3高速切削加工取代了磨削加工工艺：在运用高速切削加工技术之后，磨削加工工艺被取代[5]，因此能够实现对高硬度的材料的加工，进一步提升加工的效率。

5结语

我国经济以及科技在不断的发展进步，工业的发展速度大家也有目共睹，在全新的社会背景下，数控加工技术得到了很大范围的应用，并且应用效果较好，随着数控机械加工进刀工艺的不断改进，数控加工的质量以及效率都有很大程度的提升，企业应用改进后的数控机械加工进刀工艺能够提高企业竞争力，获得更多的经济效益。

参考文献：

[1]黄秋婷，温华静，石子玉.进刀工艺在新型数控机械加工中的改进措施分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015，12（18）：65-66.

[2]池文娟，张光华.新型数控机械加工进刀工艺的改进措施[J].同行，2016，45（12）：34.

[3]郑苇，孙明玉，石远航，等.新型数控机械加工进刀工艺的改进措施[J].科技经济导刊，2017，13（36）：77-78.

[4]马骢，张明吉，马雪莲.新型数控机械加工进刀工艺的改进措施[J].民营科技，2017，23（7）：42-43.

切削技术范文篇10

1.1切削加工的作用

零件制作是制造机械过程中非常重要的一步。制作毛坯通常运用成形制造法，具体运用焊接、锻造、铸造等方式加工来完成。精确的成形工艺也叫做净成形工艺，是机械加工技术新出的一种工艺，加工成品或者半成品经常运用净成形工艺，具体经过精锻、精铸等方式加工而成。制造零件或模型过程中通常运用快速原型工艺。磨削、切削都属于传统加工方式，机床切削加工含有电子束加工、激光束加工及电化学加工。以往传统众多加工方式里切削工艺是现在应用最广泛也最重要的一种加工方式，切削加工在未来零件制造领域也会变得更加重要。

1.2刀具的作用

性能良好的刀具可以提高机床加工生产效率，确保生产出的产品具有良好质量。所以，提升刀具性能对机械制造经济效益与生产水平具有重要的促进作用。通过金属切削生产的产品，其尺寸大小、外观形状、产品质量及表面光滑度都有较高要求，所以，运用刀具切削工具多余材料过程中，要注重加工过程的每个环节与每个详细步骤。尤其是运用刀具分离工具的表层时，零件外表面与刀具会有一种互相作用力，具体叫做工件反切削作用力与刀具切削作用力，这种作用力是机床加工切削面临的第一个矛盾。近年来，伴随我国工具加工业的快速发展，有关企业开始重视刀具及其他切削工具在生产时的重要作用，出现了很多新科技与新产品，这些新科技与新产品对刀具切削工艺革新起到了促进作用，很多数控机床都采用了刀具加工技术，机床切削速度越来越高。高速切削对加工生产要求更高，要求精准度更精确，切削稳定性更高，刀具可以快速更换。在运用切削制造方法开展机器制造生产程序里，刀具运用对切削品质及制造技术水平具有重要意义。正常情况下，切削时使用的刀具品质与功能状况对切削生产品质和切削生产速度有着重要意义，从而可以给机器制造生产品质及速度带来重要影响。制造机器过程中，切削制造就是运用实用的切削刀具将配件里多余的物料切除，进而获得想要商品样式、大小及外观的生产方式。进行机器切削生产时，最重要的一步是运用切削刀具切削正确位置，发挥切削生产配件的外部切削功效，最终完成切削制造程序。开展切削制造程序中，良好的切削运用刀具，不仅要具有较高可靠性与安全性，还要具有较高切削功能及稳固刀具所需的夹具。

2切削颤振的危害及产生原因

2.1切削颤振的危害

实际生产过程中，如果机床出现振动，就会产生较大噪声，长期下去，机械生产噪声会超出人们身体可以承受的正常范围，对于操作机械人员来说，长期处于噪声较大的制造环境中会容易有疲惫感，极易诱发心脑血管等各种疾病，使其工作效率大大降低，机床多次振动会使机床磨损程度变严重，缩短机床使用寿命，降低其制造工件精准度，生产过程中风险会上升。长时间持续下去，机械制造生产的噪声污染会更加突出，甚至超出国家相关环保规范标准。切削颤振会降低机床生产效率与产品质量，增加能源消耗与材料消耗。切削金属原件过程中，颤振通常是连续发生的，机械生产因为颤振影响工件生产质量，所以，要减少颤振带来的不利影响，进而才能提升机床加工切削。机床操作者可以在切削时随时改变原有的切削加工方法，利用临时改变定会延长生产时间，有可能延长工期。现代工业制造运用现代化机床，可以实现机械加工生产规模化，所以，有效解决颤振引起的不利影响，对提升机械制造效率具有重要作用。

2.2切削颤振产生的主要原因

机床出现如下几种情形时会有自激振动产生：切削工件时由于工件周期性的运转而引起机床整体发生振动；刀具或工件和回转的主轴连接过程中由于弯曲与扭转产生自激振动；切削工件且运用较慢速度加工时，机床随着加工和地面产生摩擦作用而出现自激振动。颤振是加工金属工件时，工件和刀具由于互相加工出现摩擦引起自激振动。导致颤振发生的原因是切削金属工件过程中，机床、刀具及工件间相互作用产生有规律且时有时无的振动。

3切削加工的重要作用

机械制造程序里，开展机械制造的商品多数是制造业制造的重要配件。通常情况下，零配件制作程序里，关于零配件制作技术大多数是锻造、焊接或铸造，这些制造技术方式重点是在零配件商品半成品制作方面。伴随机器制造技术的不断提高，在商品机器制造程序里，制造手段逐渐增多，例如：近年来出现了精锻造和精铸造技术，精锻造与精铸造技术都可以用于开展零配件商品的毛坯制作中。另外，制造或制作机器过程中，运用原型的生产方式或生产技术也是生产零配件模子经常运用的技术方式，原型生产技术常与其他机器造作生产一起运用。实际生产制作机器商品过程中，不仅要使用磨削技术与切削技术，还会经常应用电化学、激光束及电子束等生产技术，这些制造技术里，切削技术是制作生产机器时最常用的一种技术。因此，在制作生产机器过程中切削制作非常普遍，且对机器制造具有重要影响。

4控制切削加工过程中切削颤振的方法及措施

按照切削加工时切削颤振的影响来看，实际生产制造过程中，一定要尽量控制切削颤振现象发生。控制切削加工的切削颤振时，需要先深刻认识与仔细分析切削颤振产生的原因及有关理论，并以此为前提，参照切削颤振发生原理，运用有效方法控制切削颤振。通过大量的切削颤振研究，发现切削颤振出现的物理原因是因为不同次切削加工时，切削加工而成的振动位移和振纹间存有相位差，使得切削加工时切削刀具切削厚度存有差异，进而导致颤振问题出现，这种切削原理和颤振叫做再生颤振理论。当切削加工过程没有再生颤振条件存在时，因切削颤振引起的原理现象叫做振型耦合颤振。例如：进行切削加工时，两次切削因为切削螺纹没有完成重合，使得颤振现象出现，这种颤振就叫振型耦合颤振。通过分析切削颤振理论和切削颤振产生原因，可以得出，控制切削颤振过程中，可以通过控制和调整切削加工机床的切削进给量、运转速度、刀具安装角度及切削宽度，来满足切削加工需要，进而防止切削颤振现象出现。

5结束语