第1章 高速加工概述.doc

说明：绿色内容为后加入的，尚未加入到课件PPT中。 第1章 绪论（高速加工概述） 1.1 高速加工的定义1.2 高速加工的特点1.3 高速加工的应用1.4 高速加工的关键技术 ----------------------------------------------------------------------------------------- 1.1 高速加工的定义 1.1.1 高速加工的提出和发展 高速加工技术是近十几年才迅速发展的一项先进制造技术，但它的理论研究可追溯到20世纪20年代末。德国切削物理学家皮尔。萨洛蒙(Dr.Carlsalomon)博士于1929年进行了超高速切削实验，获得一些实验曲线，现在常被称为“salomon 曲线”(如图1-4)。1931年4月发表了著名的超高速切削理论。Saiomon 指出:在常规的切削速度范围内(见图1-5中A区)，切削温度随着切削速度的增大而提高，但当切削速度增大到某一数值Vs以后，切削速度再增大，切削温度反而降低(如图1-5)，且该切削速度值Vs与工件材料的种类有关。对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内(见图1-5中B区)，由于切削温度太高，刀具材料无法承受，切削加工就不可能进行，这个范围常被称为“死谷(Deadvalley)”。 Salomon是用圆锯片来做实验研究的，这主要是因为当时还没有高速旋转的电机，因而只能通过加大圆锯片的直径来得到较高的切削速度 1-4 Salomon曲线 图1-5 Salomon曲线示意图 虽然由于实验条件的限制，当时无法付诸实践，但这个思想激起了人们研究高速切削的热情，推动了高速切削的研究；他给后来的研究者一个非常重要的启示，即如果能越过这个“死谷”.而在高速区(见图1-5中C区)工作，那么就有可能用现有的刀具进行高速切削，切削温度与常规切削基本相同，从而大幅度地减少切削工时，大大提高机床的生产效率，而且还将给切削带来一系列的优良特性。这个高速区被萨洛蒙博士预言为“希望之地”)，在那里材料的某些切削机理将发生某种变化。 高速加工技术是一项先进的制造工艺，并具有广阔的应用前景。但是，就像其它许多技术革新一样，经过相当长的时间，高速加工基础理论才用于生产。这一过程长达60年，一方面是因为工艺界对这一技术采取了谨慎的态度，另一方面是因为当时的生产设备不适合用来进行高速加工。——对应于一定的工件材料存在一个临界切削速度，此点切削温度最高，超过该临界值，切削速度增加，切削温度反而下降。 Salomom的理论与实验结果，引发了人们极大的兴趣，并由此产生了“高速切削（HSC）”的概念。美国、日本等国家也相继开展了有关研究。 美国于 1950 年后开始进行超高速切削试验。那时不可能达到高转速加工，就采用了弹射实验方法。试验将刀具装在加农炮里，从滑台上射向工件；或将工件当作子弹射向固定的刀具。根据实验建立了有关特殊切削压力和动态切削力的公式，并有史以来第一次科学的证实了在低速切削区，切削力随切削速度的提高而增大，但当切削速度大到一定程度后，切削力会急剧下降。此外，研究表明，随着切削速度的提高，切屑渐渐变得不连续。弹射实验中发现：材料超出了塑性特性区，切屑由于脆性断裂而成形。 20世纪60年代早期，美国大量的研究表明，只要解决切削过程中严重的刀具磨损和机床振动，生产效率会大大提高，生产成本也会显著降低。在一项研究中还发现，切削铝时切削速度超过6500m/min很有研究价值。在日本，大部分研究集中在切屑变形理论和变形机理。到80年代早期，高速主轴用于加工中心之后，高速加工的理论不仅得到进一步发展，而且也能用于实际生产中。 1979 年美国防卫技术研究总署（ DARPA ）发起了一项“先进加工研究计划”，研究切削速度比塑性波还要快的超高速切削，为快速切除金属材料提供科学依据。 在德国，1984 年国家研究技术部组织了以 Darmstadt 工业大学的生产工程与机床研究所 PTW为首，包括 41家公司参加的两项联合研究计划，全面而系统地研究了超高速切削刀具、控制系统以及相关的工艺技术，分别对各种工件材料（钢、铸铁、特殊合金、铝合金、铝镶铸造合金、铜合金和纤维增强塑料等）的超高速切削性能进行了深入的研究与试验，取得了切削热的绝大部分被切屑带走国际公认的高水平研究成果，并在德国工厂广泛应用，获得了好的经济效益。 日本于 20 世纪 60 年代就着手超高速切削机理的研究。日本学者发现在超高速切削时，工件基本保持冷态，其切屑要比常规切屑热得多。日本工业界吸取各国的研究成果并及时应用到新产品开发中去，在高速切削机床的研究和开发方面后来居上，现已跃居世界领先地位。进人 20 世纪 90 年代以来，以松浦（Mat