高速切削與五軸聯(lián)動加工技術(shù)

前言

第一章 概述

第一節(jié) 數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、數(shù)控技術(shù)的基本概念和特點

二、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展

三、數(shù)控設(shè)備的發(fā)展

四、數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀

五、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢

第二節(jié) 高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、高速加工的基本概念

二、高速加工技術(shù)的發(fā)展過程

三、高速加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

四、高速加工技術(shù)的發(fā)展趨勢

第三節(jié) 五軸數(shù)控加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

一、多軸加工的基本概念和過程

二、四軸聯(lián)動加工的特點

三、五軸聯(lián)動加工的特點

四、五軸加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

五、五軸加工技術(shù)的發(fā)展與未來

第二章 高速加工技術(shù)及應(yīng)用

第一節(jié) 高速加工數(shù)控系統(tǒng)

一、高速加工數(shù)控系統(tǒng)的組成

二、高速加工對數(shù)控系統(tǒng)的要求

三、高速數(shù)控系統(tǒng)介紹

第二節(jié) 高速加工數(shù)控機床

一、高速加工數(shù)控機床的特點

二、高速車銑床

三、高速加工中心

四、典型高速機床廠家介紹

第三節(jié) 高速加工數(shù)控機床的關(guān)鍵技術(shù)

一、概述

二、電主軸技術(shù)

三、高速加工系統(tǒng)的控制技術(shù)

四、高速進給控制技術(shù)

第四節(jié) 高速加工工藝

一、高速加工的工藝特點

二、各種材料的高速切削工藝

三、高速加工數(shù)控編程的工藝特點

第五節(jié) 高速加工刀具

一、高速加工對刀具的要求

二、高速加工刀具的分類及選擇

三、高速刀具的裝夾

四、著名高速刀具廠家介紹

第六節(jié) 高速加工技術(shù)的應(yīng)用

一、高速加工技術(shù)的應(yīng)用特點

二、高速加工技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用

三、高速加工技術(shù)在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用

四、高速加工技術(shù)在模具制造業(yè)的應(yīng)用

第三章 五軸聯(lián)動加工技術(shù)與應(yīng)用

第一節(jié) 五軸聯(lián)動數(shù)控機床在裝備制造業(yè)中的重要地位

第二節(jié) 五軸聯(lián)動數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)特點

一、概述

二、五軸機床旋轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

第三節(jié) 五軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)的特點

第四節(jié) 五軸聯(lián)動加工技術(shù)的應(yīng)用

一、五軸聯(lián)動機床與CAM軟件的結(jié)合

二、五軸聯(lián)動加工技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

三、五軸聯(lián)動加工技術(shù)在模具制造業(yè)的應(yīng)用

第四章 高速切削與五軸聯(lián)動加工編程基礎(chǔ)

第一節(jié) 高速切削編程方法

一、高速加工編程與普通加工編程的區(qū)別

二、高速加工切削參數(shù)的合理設(shè)置

第二節(jié) 多軸數(shù)控加工的工藝

一、多軸數(shù)控加工工藝特點

二、常用刀具選擇及工藝安排

第三節(jié) 五軸機床工件坐標系的建立

一、四軸機床的工件坐標系的建立

二、五軸機床的工件坐標系的建立

第四節(jié) 五軸數(shù)控加工刀具的補償

一、二維刀具半徑補償與三維刀具半徑補償

二、二維刀具長度補償與三維刀具長度補償

三、在CAM軟件中的刀具補償

四、在四軸、五軸數(shù)控系統(tǒng)中的刀具補償

第五章 高速及多軸數(shù)控編程軟件

第一節(jié) 高速及多軸編程軟件簡介

第二節(jié) UG在五軸聯(lián)動加工中的應(yīng)用

一、UG界面簡介

二、UG多軸刀具軸線的控制方法

第三節(jié) Power MILL在高速及五軸聯(lián)動加工中的應(yīng)用

一、Power MILL軟件使用簡介

二、Power MILL高速加工選項

三、Power MILL多軸刀具軸線控制

第六章 多軸數(shù)控編程軟件的后置

處理

第一節(jié) 刀具路徑與NC程序

一、刀具路徑和刀軌文件

二、：NC程序

三、后置處理

第二節(jié) 后置處理器的設(shè)置

一、UG后置處理器的設(shè)置

二、Power MILL后置處理器的設(shè)置

第三節(jié) 后置處理過程

一、UG后處理過程

二、Power MILL后處理過程

第七章 高速切削加工實例

第一節(jié) 螺旋薄壁零件加工實例

一、螺旋薄壁零件加工工藝分析

二、利用：Power MILL軟件生成加工程序

第二節(jié) 深槽大去除余量零件的加工實例

一、深槽大去除余量零件的加工工藝分析

二、利用Power MILL軟件生成加工程序

第三節(jié) 兔子凸模加工實例

一、兔子凸模的加工工藝分析

二、利用Power MILL軟件生成加工程序

第八章 四軸聯(lián)動加工實例

第一節(jié) 空間凸輪加工實例

一、空間凸輪加工工藝分析

二、利用UG軟件生成加工程序

三、空間凸輪實際加工過程

第二節(jié) 柱面圖案加工實例

一、柱面圖案加工工藝分析

二、利用UG軟件生成加工程序

三、柱面圖案實際加工過程

第九章 五軸聯(lián)動加工實例

第一節(jié) 多面體加工實例

一、多面體零件加工工藝分析

二、利用UG軟件生成加工程序

三、多面體零件實際加工過程

第二節(jié) 球面刻字加工實例

一、球面刻字加工工藝分析

二、利用UG軟件生成加工程序

三、球面刻字實際加工過程

第三節(jié) 葉輪加工實例

一、葉輪各部分曲面分層放置

二、葉輪粗加工

三、葉輪精加工

四、葉輪的實際加工過程

第十章 綜合加工實例

第一節(jié) 維納斯雕像加工實例

一、維納斯雕像加工工藝分析

二、利用CAM軟件生成加工程序

三、實際加工過程

第二節(jié) 老爺車模型加工實例

一、老爺車模型加工工藝分析

二、利用CAM軟件生成加工程序

三、實際加工過程

參考文獻2100433B

《高速切削與五軸聯(lián)動加工技術(shù)》從高速與五軸聯(lián)動加工技術(shù)應(yīng)用的角度全面系統(tǒng)地介紹了與先進的高速與五軸聯(lián)動加工技術(shù)相關(guān)的理論基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床、CAM編程技術(shù)，主要內(nèi)容包括高速加工技術(shù)及應(yīng)用、五軸聯(lián)動加工技術(shù)與應(yīng)用、高速切削與五軸聯(lián)動加工編程軟件及編程基礎(chǔ)、多軸數(shù)控編程軟件的后置處理、高速切削加工實例、四軸聯(lián)動加工實例、五軸聯(lián)動加工實例以及綜合加工實例?！陡咚偾邢髋c五軸聯(lián)動加工技術(shù)》內(nèi)容安排上先理論，后實例，先簡單、后復(fù)雜，尤其是從第七章 開始的實例講解，循序漸進，過程完整，讀者按照書中的步驟就能輕松完成實例的編程和操作，輕松掌握高速加工與五軸聯(lián)動加工技術(shù)。

《高速切削與五軸聯(lián)動加工技術(shù)》可作為各類大學(xué)和高職高專院校機械類專業(yè)學(xué)生的教材和教師的參考書，也可以作為企業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

超高速切削技術(shù)是切削加工的發(fā)展方向，也是時代發(fā)展的產(chǎn)物。高速切削技術(shù)是切削加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一，它隨著CNC技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料和新結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展而邁上更高的臺階。然而，高速切削技術(shù)自身也存在著一些急待解決的問題，如高硬度材料的切削機理、刀具在載荷變化過程中的破損、建立高速切削數(shù)據(jù)庫、開發(fā)適用于高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)和綠色制造技術(shù)等。高速切削所用的CNC機床、刀具和CAD/CAM軟件等，技術(shù)含量高，價格昂貴，使得高速切削投資很大，這在一定程度上制約了高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用。高速切削的高效應(yīng)用要求機床系統(tǒng)中的部件都必須先進，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)機床結(jié)構(gòu)的剛性

要求提供高速進給的驅(qū)動器(快進速度約40m/min,3D輪廓加工速度為10m/min),能夠提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和減速度。

(2)主軸和刀柄的剛性

要求滿足10000r/min到50000r/min的轉(zhuǎn)速，通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.0002英寸。

(3)控制單元

要求32或64位并行處理器，具有高的數(shù)據(jù)傳輸率，能夠自動加減速。

(4)可靠性與加工工藝

能夠提高機床的利用率（6000h/y）和無人操作的可靠性，工藝模型有助于對切削條件和刀具壽命之間關(guān)系的理解。

常見國內(nèi)外高速加工中心的代表如表1所示。與傳統(tǒng)普通數(shù)控機床相比，其機床結(jié)構(gòu)、加工速度和性能表現(xiàn)更加優(yōu)秀，如德國的DMC85高速加工中心，采用直線電機和電主軸，其主軸轉(zhuǎn)速達到30000r/min，進給速度達到120m/min，加速度超過1g（重力加速度）。高速機床要求高性能的主軸單元和冷卻系統(tǒng)、高剛性的機床結(jié)構(gòu)、安全裝置和監(jiān)控系統(tǒng)以及優(yōu)良的靜動力特性等，具有技術(shù)含量高、機床制造難度大等特點。國內(nèi)的高速機床，其性能與國外相比還存在一定的差距 。

高速切削之所以得到工業(yè)界越來越廣泛地應(yīng)用，是因為它相對傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性，具體說來有以下特點：

（一）生產(chǎn)效率有效提高。

高速切削加工允許使用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高5～10倍，單位時間材料切除率可提高3～6倍。當加工需要大量切除金屬的零件時，可使加工時間大大減少。

（二）至少降低30%的切削力。

由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%，這對于加工剛性較差的零件來說可減少加工變形，使一些薄壁類精細工件的切削加工成為可能。

（三）加工質(zhì)量得到提高。

因為高速旋轉(zhuǎn)時刀具切削的激勵頻率遠離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會造成工藝系統(tǒng)的受迫振動，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。

從動力學(xué)角度分析頻率的形成可知，切削力的降低將減小由于切削力產(chǎn)生的振動（即強迫振動）的振幅；轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠離機床的固有頻率，避免共振的發(fā)生；因此高速切削可大大降低加工表面粗糙度，提高加工質(zhì)量。

（四）降低加工能耗，節(jié)省制造資源。

由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的在制時間短，從而提高了能源和設(shè)備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

（五）簡化了加工工藝流程。

常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工 。

高速切削加工技術(shù)是21世紀的一種先進制造技術(shù)，有著強大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。通過高速切削加工技術(shù),可以解決在汽車模具常規(guī)切削加工中備受困擾的一系列問題。在美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家高速切削加工技術(shù)在大部分的模具公司都得到了廣泛應(yīng)用，85%左右的模具電火花成形加工工序已被高速加工所替代。高速加工技術(shù)集高效、優(yōu)質(zhì)、低耗于一身，已成為國際模具制造工藝中的主流。

通過國內(nèi)外汽車模具制造行業(yè)的高速切削加工技術(shù)實踐應(yīng)用，高速切削加工技術(shù)具有如下優(yōu)勢：

一、高速切削加工提高了加工速度

高速切削加工以高于常規(guī)切削10倍左右的切削速度對汽車模具進行高速切削加工。由于高速機床主軸激振頻率遠遠超過“機床—刀具—工件”系統(tǒng)的固有頻率范圍，汽車模具加工過程平穩(wěn)且無沖擊。

二、高速切削加工生產(chǎn)效率高

用高速加工中心或高速銑床加工模具，可以在工件一次裝夾中完成型面的粗、精加工和汽車模具其他部位的機械加工，即所謂“一次過”技術(shù)(One Pass Machining)。高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用大大提高了汽車模具的開發(fā)速度。

三、高速切削加工可獲得高質(zhì)量的加工表面

由于采取了極小的步距和切深，高速切削加工可獲得很高的表面質(zhì)量，甚至可以省去鉗工修光的工序。

四、簡化加工工序

常規(guī)銑削加工只能在淬火之前進行，淬火造成的變形必須要經(jīng)手工修整或采用電加工最終成形。則可以通過高速切削加工來完成，而且不會出現(xiàn)電加工所導(dǎo)致的表面硬化。另外，由于切削量減少，高速加工可使用更小直徑的刀具對更小的圓角半徑及模具細節(jié)進行加工，節(jié)省了部分機械加工或手工修整工序，從而縮短了生產(chǎn)周期。

五、高速切削加工使汽車模具修復(fù)過程變得更加方便

汽車模具在使用過程中往往需要多次修復(fù)以延長使用壽命，如果采用高速切削加工就可以更快地完成該工作，取得以銑代磨的加工效果，而且可使用原NC程序，無需重新編程，且能做到精確無誤。

六、高速切削加工可加工形狀復(fù)雜的硬質(zhì)汽車模具

由高速切削機理可知：高速切削時，切削力大為減少，切削過程變得比較輕松，高速切削加工在切削高強度和高硬度材料方面具有較大優(yōu)勢，可以加工具有復(fù)雜型面、硬度比較高的汽車模具。