高速加工與數(shù)控編程

前言

　　本書是作者近年來在研究高速加工和STEP-NC技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合科研成果，有選擇地吸收國內(nèi)外的最新研究，經(jīng)整合而成的著作?！　「咚偌庸な钱斍皺C械工業(yè)先進制造技術(shù)方面研究和應(yīng)用的熱點之一。在軍工、模具、發(fā)動機等方面有良好的應(yīng)用前景。大型機械制造企業(yè)和高等院所等都在積極引進國內(nèi)外高速加工設(shè)備，開展高速加工在薄壁件、復(fù)雜曲面和大型殼體方面的制造研究和應(yīng)用。由于高速加工的機理不同于普通的機械加工和一般的數(shù)控加工，在某些方面有獨特的優(yōu)勢，其機理目前尚未得到滿意的解釋，國內(nèi)開展此方面的研究時間也不長，急需這方面的理論和技術(shù)指導(dǎo)?！　”緯鴱南到y(tǒng)的觀點出發(fā)，將當前的研究熱點——高速加工（HSM），作為一個大系統(tǒng)來展開，而不是過于細節(jié)地描述某個方面，本書較全面地論述了高速加工的關(guān)鍵技術(shù)，以及如何從綠色制造的系統(tǒng)出發(fā)來選擇高速加工設(shè)備，對高速數(shù)控加工的新技術(shù)進行了全面論述。此外，本書在ANSYS的基礎(chǔ)上，對高速銑削有限元進行了分析計算，對高速銑刀幾何參數(shù)的優(yōu)化選擇有積極的借鑒作用。　　由于高速加工其主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和加速度都很快，這就使得高速加工編程策略與普通數(shù)控編程有所不同，本書探討了將新的國際標準STEP-NC引入到高速加工中?！　TEP-NC是國際標準化組織開發(fā)的新型數(shù)據(jù)接口（ISO 14649），將產(chǎn)品數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標準STEP擴展至CNC領(lǐng)域，重新定義了CAD/CAM與CNC之間的接口，要求CNC直接使用符合STEP標準（ISO 10303）的三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，加上工藝信息、刀具信息，直接產(chǎn)生數(shù)控程序，驅(qū)動機床進行數(shù)控加工。STEP-NC不再使用ISO 6983所定義的G、M格式，不是直接對刀具中心軌跡進行編程，而采用STEP-NC數(shù)控程序接口，根據(jù)零件的制造特征（如平面、孔、曲面、型腔等）進行程序規(guī)劃和加工?！　”緯治隽薙TEP-NC與高速加工的關(guān)系，系統(tǒng)地探討了STEP-NC的結(jié)構(gòu)和特點，并針對符合ISO 14649的STEP-NC程序的生成，以及高速加工的編程策略進行了系統(tǒng)論述。由于STEP-NC是新的國際標準，將代替現(xiàn)行數(shù)控方面使用的G、M代碼，目前市場上這方面的專業(yè)書籍不多，本書對此進行了積極探討，以期起到拋磚引玉的作用。　　本課題研究先后得到了兩個科研基金項目支持：安徽省教育廳自然科學(xué)研究項目“高速切削及其CNC自動編程技術(shù)的研究”（2003KJ101）、江蘇省高校自然科學(xué)研究項目：基于高速加工的STEP-NC系統(tǒng)研究（05KJB460027）?！　「兄x博士生導(dǎo)師桂貴生教授對我的教誨和理論指導(dǎo)，使我對該研究領(lǐng)域有了更加深刻的理解和認識，對課題的進展和本書的成文有很大的推動作用?！　”緯谧珜戇^程中，得到了王乾廷博士后、杜世昌博士、倉公林博士，許良元碩士、彭丹丹碩士、呂堃碩士等多位學(xué)友的技術(shù)支持和幫助。尤其是王乾廷博士后對本書稿進行了通讀和修訂；我的研究生王雅講師和朱濤工程師也對本書的出版付出了勞動和技術(shù)協(xié)作；電子工業(yè)出版社也給予了大力支持，在此向他們表示衷心的感謝?！　”緯鴧⒖剂藝鴥?nèi)外大量的技術(shù)文獻資料，由于時間倉促，有些文獻和資料的作者和單位未能一一列出，在此一并向他們表示衷心感謝?！　「咚偌庸さ南嚓P(guān)理論，以及STEP-NC數(shù)控技術(shù)正處在不斷探討和發(fā)展中，由于作者知識水平和研究試驗背景有限，書中難免存在缺點和錯誤，懇請專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員不吝賜教，給予批評指正。

內(nèi)容概要

　　 本書闡述了高速加工機理及國內(nèi)外在此方面的研究，詳細介紹了高速加工的關(guān)鍵技術(shù)，進行了高速銑削有限元分析，優(yōu)化了高速銑刀的幾何參數(shù)，研究了高速加工的策略與數(shù)控技術(shù)，分析了STEP-NC新型數(shù)控模型及其與高速加工的關(guān)系，最后給出了STEP-NC-HSM系統(tǒng)開發(fā)實例。本書可供數(shù)控加工、高速銑削方面的工程技術(shù)人員參考使用，也可作為大專院校、科研院所的選修教材及科技人員閱讀。

書籍目錄

第1章  緒論　　　1.1  HSM概述　　　　1.1.1  HSM的基本概念　　　　1.1.2  HSM的技術(shù)范疇　　　　1.1.3  HSM的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀　　　1.2  高速切削機理　　　　1.2.1  有關(guān)HSC機理的三種學(xué)說　　　　1.2.2  切屑形成機理分析　　　　1.2.3  高速切削方程式　　　　1.2.4  切削熱的產(chǎn)生和傳遞　　　1.3  HSM研究熱點　　　　1.3.1  HSM的刀具單元　　　　1.3.2  高速電主軸　　　　1.3.3  高速加工機體及硬件　　　　1.3.4  高速CNC系統(tǒng)　　　　1.3.5  高速加工的冷卻技術(shù)　　　1.4  新型數(shù)據(jù)接口標準——STEP-NC　　　　1.4.1  STEP-NC研究熱點　　　　　　1.4.2  STEP-NC的特點　　　1.5  STEP-NC與HSM的關(guān)系　　　1.6  研究意義與展望　　　　1.6.1  研究意義　　　　1.6.2  HSM技術(shù)展望　　第2章  HSM系統(tǒng)技術(shù)　　　2.1  HSM加工的系統(tǒng)性特點　　　　2.1.1  技術(shù)上的協(xié)調(diào)性　　　　2.1.2  高速單元的組合性　　　　2.1.3  管理上的一致性　　　2.2  高速加工的刀具系統(tǒng)　　　　2.2.1  HSM的刀具材料　　　　2.2.2  HSM刀具幾何參數(shù)　　　　2.2.3  HSM刀柄類型　　　　2.2.4  HSM離心力　　　2.3  HSM刀具的可靠性　　　　2.3.1  刀具系統(tǒng)可靠度設(shè)計　　　　2.3.2  刀具磨損量及其參數(shù)估計　　　2.4  HSM的安全性　　　2.5  高速銑刀種類與選用　　　　2.5.1  HSM銑刀的種類　　　　2.5.2  HSM刀具的選擇　　　　2.5.3  加工薄壁件的特殊刀具　　　2.6  HSM機床選配性分析　　　　2.6.1  典型機床　　　　2.6.2  HSM部件　　　　2.6.3  HSM機床可靠性與維修性　　　　2.6.4  綠色化原則　　　　2.6.5  人機工程學(xué)分析　　　　2.6.6  協(xié)調(diào)性原則　　　　2.6.7  HSM機床實例分析　　　2.7  HSM機床新發(fā)展　　　　·2.7.1  臥式五坐標高速銑床　　　　2.7.2  立式五坐標高速銑床　　第3章  高速銑削有限元分析　　　3.1  高速銑削建模　　　3.2  有限元法分析及網(wǎng)格劃分　　　　3.2.1  有限元法求解分析　　　　3.2.2  銑刀簡化模型　　　　3.2.3  網(wǎng)格劃分　　　3.3  邊界條件和加載　　　3.4  高速銑刀有限元分析　　　　3.4.1  高速銑刀前角分析　　　　3.4.2  高速銑削螺旋角分析　　　　3.4.3  高速銑刀刀齒數(shù)分析　　　　3.4.4  高速銑刀長徑比分析　　第4章  HSM策略與數(shù)控技術(shù)　　第5章  STEP-NC新型數(shù)控模型　　第6章  STEP-NC-HSM系統(tǒng)開發(fā)　　參考文獻　　

章節(jié)摘錄

　　第2章　HSM系統(tǒng)技術(shù)　　高速加工是一項綜合技術(shù)，并不是僅靠簡單地購置了高速加工設(shè)備就能實現(xiàn)的。同時，實現(xiàn)高主軸轉(zhuǎn)速并不是高速加工的根本目的，它涉及機床結(jié)構(gòu)、剛性、高速主軸、運動溜板、坐標驅(qū)動、數(shù)控裝置、高速加工工藝與數(shù)控編程、刀具、刀夾持系統(tǒng)與接口、排屑、冷卻和安全操作等綜合性的技術(shù)，作為系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)只有相互協(xié)調(diào)、相互適應(yīng)，才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能。例如，加工模具上的曲面，如果其他環(huán)節(jié)都符合了高速加工的要求，但其CAM的數(shù)據(jù)處理只能使用直線插補，而不能采用圓弧插補或樣條曲線插補，來模擬工件表面的曲線/曲面，機床的進給系統(tǒng)總是處在不停的加、減速過程中，就無法達到預(yù)定的進給速度，從而制約了表面質(zhì)量和切削效率的提高，因此HSM是一項系統(tǒng)工程?！　?.1　HSM加工的系統(tǒng)性特點　　2.1.1　技術(shù)上的協(xié)調(diào)性　　在技術(shù)上，HSM涉及高速主軸單元、快速進給和高加/減速的驅(qū)動系統(tǒng)、高性能的快速CNC控制系統(tǒng)、高剛性的機床結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理和傳送、動平衡控制、超硬刀具材料及安全監(jiān)控等技術(shù)，HSM是這些先進技術(shù)的綜合體?！　?.工藝協(xié)調(diào)　　高速加工的工藝技術(shù)是成功進行高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一，這涉及HSM刀具材料、刀具幾何參數(shù)確定、切削方法和切削參數(shù)、CAD/CAM、高速加工策略及過程監(jiān)控等。在HSM中，傳統(tǒng)意義上的工藝劃分階段逐漸變得模糊、交叉、整合而減少，正如在圖1—1所述的，汽車模具傳統(tǒng)加工方式的主要工序與HSM中主要工序比較，若改由高速精加工取代電加工，可減少三道工序，提高了加工效率。另外，檢測和控制并不獨立構(gòu)成工藝過程，它們附屬于各個工藝環(huán)節(jié)而存在，可提高各個環(huán)節(jié)的技術(shù)水平和質(zhì)量。　　……

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