外文翻译高速切削加工的发展及需求

外文翻译高速切削加工的发展及需求毕业设计(论文)外文资料翻译

系部: 机械工程系

专业: 机械工程及自动化

姓名:

学号:

外文出处:Foreign Patent Documemts . 15，35.

(用外文写)

2002

附件: 1.外文资料翻译译文,2.外文原文。

指导教师评语:

此译文简单介绍了高速切削加工的发展及需求，从高速切削加工对机床、刀具和切削工艺过程的要求三方面进行阐述。翻译用词比较准确，文笔也较为通顺，为在以后工作中接触英文资料打下了基础。

签名:

2009年3 月 18日注:请将该封面与附件装订成册。

附件1:外文资料翻译译文

高速切削加工的发展及需求

高速切削加工是当代先进制造技术的重要组成部分，拥有高效率、高精度及高表面质量等特征。本文介绍此技术的定义、当前的发展现状、中国的适用领域以及需求情况。

高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈

来愈广泛的应用，并已取得了重大的技术和经济效益，是当代先进制造技术的一个重要组成部分。

高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种增加设备质量而大幅度地改善加工效率的必需技术。高速切削加工的优点主要在于:提高生产效率、加工精度及降低切削阻力。

有关高速切削加工的含义，目前尚无统一的认识，通常有如下几种观点:切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5-10倍;机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000-20000r/min以上定为高速切削;进给速度很高，通常达15-

50m/min，最高可达90m/min;对于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含义也不一定相同;切削过程中，刀刃的通过频率(Tooth Passing Frequency)接近于“机床,刀具,工件”系统的主导自然频率(Domine Natural Frequency)时，所以能够被认为是高速切削。可见高速切削加工是一个全面而综合的概念。

1992年，德国Darmstadt工业大学的H. Schulz教授在52年代渐渐地提出了高速切削加工的概念及其涵盖的范围，正如图1所示。认为对于不同的切削对象，图区中所示的过渡区(Transition)即为通常所说的高速切削加工范围，这也是当时金属切削加工工艺过程中相关的技术人员所期待的或者渴望能够实现的切削速度。

高速切削加工对机床、刀具和切削工艺过程和其他方面都有一些具体的要求。下面分别从这几个方面阐述高速切削加工技术的发展现状和趋势。

现阶段，为了实现高速切削加工，一般釆用高柔性的高速数控机床、加工中心，也有釆用专用的高速铣、钻床。这些设备的共同之处是:必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现材料切削过程的高速化。高速切削与传统切削最大的区别是，“机床,刀具,工件”系统的动态特性对切削操作性能有更强的影响

力。在这个系统中，机床主轴的刚度或者刀柄形式、刀具长度设定、主轴拉刀力、刀具扭力设定等，都是影响高速切削性能的重要因素。

在高速切削中，材料去除率(Metal Removal Rate，MRR)，即单位时间内材料被切除的体积，通常受以“机床-刀具-工件”工艺系统是否出现“颤振”为基础。因此，为了满足高速切削加工的需求，首先我们必须要提高机床主轴动刚度和静刚度尤其是主轴的刚度特性。现阶段高速切削之所以能够成功，一个非常关键的因素在于对系统动态特性问题的掌握和处理能力。

为了更好地描述机床主轴的刚度特性，工程上提出新的无量纲参数—DN值，用以评价机床的主轴结构对高速切削加工的适应能力。所谓DN值即“主轴直径与每分钟转速之积”。近来新开发的加工中心主轴DN值大都已超过100万。为了减轻轴承的重量，还釆用了比钢制品要轻得多的陶瓷球轴承;轴承润滑方式大都釆用油和气混合的润滑方式。在高速切削加工领域中，目前已开发空气轴承和磁轴承以及由磁轴承和空气轴承合并构成的磁气/空气混合主轴。

在机床进给机构方面，高速切削加工所用的进给驱动机构通常都为大导程、多头高速滚珠丝槓，滚珠釆用小直径氮化硅(Si3N4)陶瓷球，以减小其离心力和螺纹的螺力矩;釆用空心强冷技术来减少高速滚珠丝槓运转时由于螺钉间的摩擦产生温升而造成的丝槓热变形。

近几年来，用直线电机驱动的高速进给系统问世，这种进给方式取消了从电动机到工作台溜板之间的一切中间机械传动环节，实现了机床进给系统的零传动。由于直线电机没有任何旋转元件，不受离心力的作用，可以大大提高进给速度。直线电机的另一大优点是行程不受限制。直线电机的次极是一段一段连续铺在机床的床身上。次极铺到哪里，初极工作台就可运动到哪里，而且对整个进给系统的刚度没有任何影响。釆用高速丝槓或直线电机，能够大大提高机床进给系统的快速响应。

直线电机最高加速度可达2-10G(G为重力加速度)，最大进给速度可达60-

200m/min或更高。

2002年举世瞩目的上海浦东磁悬浮列车工程中的磁浮轨道钢梁加工，釆用沈阳机床控股有限公司集团中捷友谊公司厂生产的超长进给系统高速大型加工中心实现。该机床的进给系统为直线导轨和齿轮齿条传动，工作台最大进给速度

60m/min，快速行程100m/min，加速度2g，主轴最高转速20000r/min，主电机功率80kW。其X轴的行程长达30m，切削25m长的磁浮轨道钢梁误差小于0.15mm，为磁悬浮列车工程的顺利竣工提供了有力的技术保证。

此外，机床的运动性能也将直接影响加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要釆用小切深大进给的加工方法。要求机床在大进给速度条件下，应具有高精度定位功能和高精度插补功能，特别是圆弧高精度插补。圆弧加工是釆用立铣刀或螺纹刀具加工零部件或模具时，必不可少的加工方法。

刀具材料的发展:高速切削技术发展的历史，也就是刀具材料不断进步的历史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼(CBN)。端面铣削使用CBN刀具时，其切削速度可高达5000m/min，主要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石(PCD)刀具被称之为21世纪的刀具，它特别适用于切削含有SiO2的铝合金材料，而这种金属材料重量轻、强度高，广泛地应用于汽车、摩托车发动机、电子装置的壳体、底座等方面。目前，用聚晶金刚石刀具端面铣削铝合金时，5000m/min的切削速度已达到实用化水平，此外陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工;

涂层刀具:CBN和金刚石刀具尽管具有很好的高速切削性能，但成本相对较高。釆用涂层技术能够使切削刀具既价格低廉，又具有优异性能，可有效降低加工成本。现在高速加工用的立铣刀，大都釆用TiAIN系的复合多层涂镀技术进行处理，如目前在对铝合金或有色金属材料进行干式切削时，DLC(Diamond Like Carbon)涂层刀具就受到极大的关注，预计其巿场前景十分可观;