高速加工理論與應用

前言

人類進入21世紀，作為先進制造技術(shù)的核心技術(shù)之一，高速切削技術(shù)已成為加工技術(shù)的主流，相對于傳統(tǒng)加工技術(shù)，高速切削不僅大大提高了加工質(zhì)量、加工效率和加工經(jīng)濟性，而且為面向綠色生態(tài)的可持續(xù)制造提供了先進的技術(shù)基礎。開展高速加工理論研究，開發(fā)高速加工工藝，推廣應用高速加工技術(shù)，是發(fā)展先進制造技術(shù)的重要任務，對于推動中國由制造大國向制造強國發(fā)展具有重要意義。在高速加工從概念到實際應用的發(fā)展過程中，德國起到了關(guān)鍵作用：20世紀30年代Salomon博士首先提出了高速切削概念；80年代Schulz教授領(lǐng)導的高速機床、高速切削刀具、高速加工工藝及應用技術(shù)研究對于高速加工技術(shù)的普及應用發(fā)揮了重要作用。目前，德國的高速加工技術(shù)在國際上仍處于領(lǐng)先水平。Schulz教授多年來一直關(guān)注中國的制造技術(shù)發(fā)展，曾多次訪問中國，并被江蘇省政府授予“江蘇省友誼獎”。本人與Schulz教授和Abele教授首次于2004年在南京舉行的首屆高速加工國際會議上相見，相互進行了廣泛的有關(guān)高速加工技術(shù)的學術(shù)交流。南京航空航天大學何寧教授與Schulz教授和Abele教授已建立了10年的國際交流與合作關(guān)系，雙方不僅多次互訪交流，還聯(lián)合倡議并主辦了三屆高速加工國際會議，聯(lián)合承擔中德政府間高性能加工合作研究。南京航空航天大學是我國高速加工技術(shù)領(lǐng)域中重要研究力量之一，取得了許多有創(chuàng)新與有價值的研究成果。其中，中德間的國際合作交流無疑起到了非常積極的作用。這本《高速加工理論與應用》由Schulz教授、Abele教授和何寧教授聯(lián)合編著，這種密切的合作對于促進高速切削技術(shù)的發(fā)展，提高我國高速加工技術(shù)水平與推廣應用將產(chǎn)生非常積極的作用。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)總結(jié)了德國達姆施塔特工業(yè)大學、南京航空航天大學以及國內(nèi)外其他著名研究單位與企業(yè)在高速加工理論研究和實際應用中的研究成果。全書共分為高速加工理論基礎和高速加工應用與實踐技術(shù)兩篇。在高速加工理論基礎部分，給出了高速加工的定義，介紹了高速加工技術(shù)的發(fā)展和應用現(xiàn)狀，重點論述了高速切削切屑變形機理、高速加工特性、高速加工中的刀具磨損與刀具涂層技術(shù)、高速加工安全性與刀具監(jiān)控技術(shù)，以及高速切削條件下的機械加工過程模擬。在高速加工應用與實踐技術(shù)部分，重點討論了高速加工機床、高速加工中的刀具技術(shù)、高速加工CAD/CAM技術(shù)、高速切削加工冷卻潤滑技術(shù)，以及高速加工技術(shù)在航空航天制造領(lǐng)域和模具制造領(lǐng)域中的應用，并對高速鉆削技術(shù)與高速切削經(jīng)濟性進行了簡要分析。    本書可作為高等院校從事高速加工技術(shù)教學人員和機械制造專業(yè)本科生與研究生的參考書，也可作為從事高速加工技術(shù)領(lǐng)域研究的科研人員的參考書，并為從事高速加工技術(shù)領(lǐng)域應用開發(fā)的工程技術(shù)人員提供指導。

作者簡介

作者：（德國）舒爾茨（Herbert Schulz） （德國）阿貝勒（Eberhard Abele） 何寧

書籍目錄

序前言第一篇  高速加工理論基礎第1章  導論  參考文獻第2章  高速切削切屑變形機理  2.1  高速切削時材料的變形特點    2.1.1  切屑變形的一般規(guī)律    2.1.2  高速切削條件下的切屑形態(tài)    2.1.3  高速切削難加工材料的切屑變形特點  2.2  集中剪切滑移的形成模型分析    2.2.1  鎳基高溫合金塑性變形的基本機理    2.2.2  鎳基高溫合金的集中剪切滑移機理    2.2.3  集中剪切滑移的形成模型分析  2.3  集中剪切滑移切削模型與切削方程式    2.3.1  典型切削模型    2.3.2  集中剪切滑移的切削模型假設    2.3.3  集中剪切滑移的切削方程式  2.4  高速切削切屑變形的有限元模擬分析    2.4.1  鈦合金切削過程建模    2.4.2  鋸齒狀切屑形成過程的有限元模擬與分析  參考文獻第3章  高速加工特性  3.1  高速切削的切削力    3.1.1  銑削力的特征和測量    3.1.2  銑削速度對銑削力的影響    3.1.3  每齒進給量對銑削力的影響    3.1.4  徑向切深對銑削力影響    3.1.5  刀具磨損對銑削力的影響  3.2  高速切削的熱力學問題    3.2.1  高速切削時的切削熱與切削溫度的特點    3.2.2  切削溫度的測量    3.2.3  難加工材料的高速切削溫度實驗與分析    3.2.4  切削溫度對加工過程的影響  3.3  高速切削的加工表面完整性    3.3.1  高速切削條件下的已加工表面粗糙度    3.3.2  高速切削條件下的已加工表層加工硬化    3.3.3  高速切削條件下的已加工表層金相組織    3.3.4  高速切削條件下的已加工表層殘余應力  參考文獻第4章  高速加工中的刀具磨損與刀具涂層技術(shù)  4.1  高速加工參數(shù)對刀具磨損的影響  4.2  高速加工中刀具磨損的測定與分析  4.3  高速加工應用中的刀具涂層  參考文獻第5章  高速加工安全性與刀具監(jiān)控技術(shù)  5.1  高速加工安全性基本概念  5.2  高速加工安全性分析  5.3  高速加工危險源分析  5.4  高速加工安全裝置    5.4.1  主動安全防護裝置    5.4.2  被動安全防護裝置  5.5  高轉(zhuǎn)速刀具的安全性分析    5.5.1  基于安全技術(shù)的刀具分類及危險分析    5.5.2  高速銑削刀具的安全標準    5.5.3  高速切削刀具安全標準測試方法  參考文獻第6章  高速切削條件下的機械加工過程模擬  6.1  加工過程的分析模擬    6.1.1  描述加工過程的解析法    6.1.2  分析模擬在齒輪刮削過程的應用  6.2  高速加工數(shù)值模擬    6.2.1  切削過程有限元模擬研究現(xiàn)狀    6.2.2  有限元仿真模型    6.2.3  切削加工模擬    6.2.4  刀具磨損有限元模擬  參考文獻第二篇  高速加工應用與實踐技術(shù)第7章  高速加工機床  7.1  高速加工機床設計的關(guān)鍵要素  7.2  高速切削機床關(guān)鍵部件    7.2.1  高頻電主軸    7.2.2  高動態(tài)進給驅(qū)動    7.2.3  直線電機設計原理    7.2.4  安全性要求  7.3  高速加工機床的選購    7.3.1  調(diào)研    7.3.2  訂購準備工作    7.3.3  交貨期間的工作    7.3.4  安裝和生產(chǎn)啟動  參考文獻第8章  高速加工中的刀具技術(shù)  8.1  高速切削刀具面臨的挑戰(zhàn)  8.2  高速切削刀具材料    8.2.1  高速切削刀具材料的類型    8.2.2  高速切削刀具材料的合理選擇  8.3  高速切削刀具連接技術(shù)    8.3.1  高速切削刀具系統(tǒng)    8.3.2  機床主軸與刀具系統(tǒng)的連接    8.3.3  刀柄與刀具的連接  8.4  高速切削刀具的其他技術(shù)  參考文獻第9章  高速加工CAD/CAM技術(shù)  9.1  NC編程  9.2  NC程序?qū)Ω咚偾邢骷夹g(shù)的影響    9.2.1  CAD/CAM系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸    9.2.2  CAM系統(tǒng)公差    9.2.3  NC程序刀具軌跡插補方法  9.3  NC程序的數(shù)據(jù)傳輸  參考文獻第10章  高速切削加工冷卻潤滑技術(shù)  10.1  高速切削過程中冷卻潤滑方式的分類    10.1.1  外冷/內(nèi)冷切削    10.1.2  氣/液/固單態(tài)及多態(tài)混合冷卻潤滑切削    10.1.3  高溫/常溫/低溫/超低溫冷卻潤滑切削    10.1.4  干式/微量潤滑/濕式切削  10.2  高速切削過程中切削介質(zhì)的作用機理    10.2.1  切削介質(zhì)的冷卻作用    10.2.2  切削介質(zhì)的減摩潤滑作用    10.2.3  切削介質(zhì)的其他作用  10.3  新型高速切削冷卻潤滑方法及其應用    10.3.1  低溫風冷切削技術(shù)    10.3.2  微量潤滑切削技術(shù)    10.3.3  低溫微量潤滑切削技術(shù)    10.3.4  其他新型冷卻潤滑技術(shù)  參考文獻第11章高速加工經(jīng)濟性分析  11.1  高速切削經(jīng)濟性分析概述  11.2  高速切削經(jīng)濟性目標函數(shù)  11.3  高速切削經(jīng)濟效益分析實例  參考文獻第12章  高速鉆削及其動態(tài)特性分析  12.1  高速鉆削加工簡介  12.2  高速鉆削加工的主要影響因素    12.2.1  高速鉆削刀具    12.2.2  高速鉆削的冷卻    12.2.3  機床的影響  12.3  孔加工質(zhì)量及鉆削過程穩(wěn)定性    12.3.1  切削參數(shù)對加工過程穩(wěn)定性的影響分析    12.3.2  加工過程穩(wěn)定性與鉆孔質(zhì)量的相互關(guān)系    12.3.3  切削參數(shù)對鉆孔質(zhì)量的影響分析  參考文獻第13章  高速加工應用技術(shù)  13.1  高速加工中的切削參數(shù)選擇  13.2  高速加工數(shù)控編程策略  13.3  高速銑削加工中的冷卻潤滑方式選擇  13.4  高速加工在模具制造業(yè)中的應用    13.4.1  現(xiàn)代模具制造的特點    13.4.2  模具高速加工工藝及策略    13.4.3  模具高速加工示例  13.5  高速加工在航空制造業(yè)中的應用    13.5.1  航空零件的結(jié)構(gòu)及工藝特點    13.5.2  航空零件高速加工工藝及策略    13.5.3  航空零件高速加工示例  參考文獻第14章  展望  14.1  高速切削技術(shù)的發(fā)展前景  14.2  推動未來高速切削應用的關(guān)鍵技術(shù)  14.3  高速加工技術(shù)與增材加工技術(shù)的競爭  參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：1979年，美國空軍和通用電氣公司（GE）合作，開始進行全面的高速切削研究，重點研究高速切削在工業(yè)生產(chǎn)中的作用和綜合效益。研究結(jié)果表明，切削鋁合金的最佳切削速度范圍是1500～4500m／min，并建立了高速切削刀具的規(guī)格目錄。美國所開展的這些研究主要集中在對輕金屬的高速切削，僅有少數(shù)幾項試驗用來研究鋼及鑄鐵的高速切削。對其他一些材料如加工性較差的鋼、纖維增強型塑料等的高速切削試驗卻很少。直到20世紀70年代末，仍然缺乏從整體上對高速切削進行全面系統(tǒng)的基礎研究，這項金屬切削新技術(shù)對被加工零件的影響以及金屬切削工藝等，均缺乏深入的研究。德國PTW是歐洲第一個開展高速切削技術(shù)研究的研究中心。1979年該研究所開展了一項合作研究項目，該項目對基于磁懸浮軸承的高速主軸的設計開發(fā)進行了重點研究，并在機床上進行了實際測試。通過使用由磁懸浮軸承支撐的高速主軸，1980年終于實現(xiàn)了切削速度的重大突破。這一突破使得早期由彈射碰撞試驗得出的理論得到證實，并且在完善這一技術(shù)過程中，也推動了刀具與機床部件等配套裝備的發(fā)展。經(jīng)過不斷地研究，在高速切削技術(shù)的理論和應用技術(shù)方面，PTW的研究水平取得了領(lǐng)先。1984年開始的大型聯(lián)合研究計劃——“金屬和非金屬材料的高速銑削”對推廣高速切削技術(shù)的作用巨大。這一項目得到了德國聯(lián)邦政府研究技術(shù)部的鼎力支持，以PTW為首，共有41家公司緊密合作，經(jīng)過4年的努力，該項研究取得了重大成果，為現(xiàn)在高速加工技術(shù)的發(fā)展打下了重要的基礎。Salomon的基礎研究表明，在一定的速度范圍內(nèi)，過高的切削溫度會導致加工無法進行（美國相關(guān)文獻稱之為“死區(qū)”）。正是因為這個原因，高速切削也可被定義為切削速度超過這個速度范圍即死區(qū)的切削加工。依據(jù)目前所知，PTW研究所把高速切削定義為切削速度超過常規(guī)切削速度的5～10倍的切削加工（見圖1.6）。PTW的研究獲得成功的決定因素在于研究中對切削工藝、機床及其零部件之間互相作用關(guān)系的系統(tǒng)性思考。以此為基礎，他們成功研制出世界上第一臺適合高速切削的機床。

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《高速加工理論與應用》由科學出版社出版。

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