【正文】 大地提高切削速度和進(jìn)給速度，來(lái)提高材料切除率、加工精度和加工表 面質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。材料去除率有了較大提高，適合材料去除率大的場(chǎng)合。切削力較常規(guī)切削降低，徑向力降低更明顯。 （ 3）切削熱小。 （ 4）動(dòng)力學(xué)特性好。 （ 5）工序集約化。這對(duì)于模具加工具有特別意義?？蓪?shí)現(xiàn)“干切”和“準(zhǔn)干切”，避免冷卻液污染。隨著切削速度的增加，刀具壽命會(huì)相應(yīng)的降低。 高速切削發(fā)展歷程 高速切削加工發(fā)展可分為五個(gè)階段 1）設(shè)想和理論探索階段（ 1924~1957 年） 1924~1931 年， Salomon 進(jìn)行了大量高速切削實(shí)驗(yàn)，最終于 1931 年 4 月向德國(guó)專(zhuān)利局申請(qǐng)了專(zhuān)利。 2）高速切削機(jī)理和理論研究階段（ 1958~1971 年） 20 世紀(jì) 50 年代后期，洛克希德飛機(jī)公司的 受鉆井速度較高的影響，激發(fā)了對(duì)高速切削加工金屬進(jìn)行深入研究的想法，奠定了第二階段的開(kāi)始。 1964 年，法國(guó)首先對(duì)鋼與鑄鐵進(jìn)行了高速 切削加工試驗(yàn)，證明鑄鐵的高速切削加工是可行的。 4）高速切削技術(shù)進(jìn)入應(yīng)用階段（ 1979~1989 年） 1979 年，美國(guó)國(guó)防部組織了現(xiàn)代加工技術(shù)（ AMRP） 研究計(jì)劃，焦點(diǎn)包括激光輔助加工和高速切削加工（高速切削機(jī)理、刀具、工藝方案研究）。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 5）高速切削技術(shù)逐漸成熟階段（ 1990 年至今）高速切削相關(guān)技術(shù)設(shè)備的研究投入加大、發(fā)展迅速、成果不斷。 近年，國(guó)內(nèi)眾多高校和科技工作者也致力于高速切削的研究，并取得了一定的成果，其中各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)也取得了一些進(jìn)展。因此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行高速切削機(jī)理及工藝基礎(chǔ)的深入基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，對(duì)我過(guò)的金屬加工業(yè)意義重大。高速高性能機(jī)床、超硬耐磨和耐熱刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了高速切削技術(shù)迅速發(fā)展。 在航空航天行業(yè)中，現(xiàn)代飛機(jī)大量采用扎制的厚鋁板作毛坯直接整體加工成形的構(gòu)件，整體構(gòu)件材料去除率可以高達(dá) 98%。 在汽車(chē)行業(yè)中，大批量生產(chǎn)的汽車(chē)行業(yè)面臨產(chǎn)品快速更新?lián)Q代而形成的多品種生產(chǎn)，柔性生產(chǎn)線(xiàn)代替了組合機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)，高速加工中心則將柔性生產(chǎn)線(xiàn)的效率提高到組合機(jī)床生產(chǎn)線(xiàn)水平，如美國(guó) Ingersoll 公司的 HVM800 高速臥式加工中心。在模具行業(yè)中，采用典型高轉(zhuǎn)速、多速進(jìn)給、低切深的 加工方法，在淬硬鋼模具加工方面取得了令人滿(mǎn)意的效果。高速銑削模具可提高加工精度和表面質(zhì)量、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 縮短生產(chǎn)周期、降低環(huán)境污染，已成為模具制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，我國(guó)航空航天、汽車(chē)、模具等工業(yè)部門(mén)已引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的高速切削設(shè)備用于難加工材料的加工，根據(jù)美國(guó) Gardner 出版公司公布的數(shù)據(jù)，我國(guó)已成為世界第一機(jī)床消費(fèi)大國(guó) ，但是由于缺乏對(duì)難加工材料的高速切削機(jī)理及工藝技術(shù)的基礎(chǔ)研究，使得高速切削生產(chǎn)中缺乏穩(wěn)定可靠的技術(shù)指導(dǎo)，導(dǎo)致多數(shù)高速切削加工設(shè)備使用轉(zhuǎn)速偏低，機(jī)床利用率低、生產(chǎn)成本高。 2 飛機(jī)接頭零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 概述 目前，高性能、輕量化、精密化、高效化、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性成為 21世紀(jì)航空航天產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，航空航天產(chǎn)品必須采用先進(jìn)航空材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品性能不斷提升的要求。 鋁合金仍然是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的主要材料，以低密度和高強(qiáng)度為主要發(fā)展方向，空中客車(chē) A380 客機(jī)采用鋁合金材料約占整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的 61%，主要采用了705 7085 等新型高強(qiáng)度鋁合金和 209 2195 等低密度鋁鋰合金制造飛機(jī)機(jī)翼梁、地板梁等承力部件。 合金 具有高比強(qiáng)度、良好的高溫性能、優(yōu)越的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，可以大幅度減輕航空產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和損傷容限，使航空結(jié)構(gòu)件的服役性能大幅提升。 在 合金 等先進(jìn)航空材料廣泛應(yīng)用的同時(shí)，以最大限度提高結(jié)構(gòu)效率為主要目標(biāo)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體化、輕量化和模塊化成為新一代大型客 機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)成為先進(jìn)大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要標(biāo)志。結(jié)構(gòu)整體化是新一代大型客機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，已成為現(xiàn)代先進(jìn)大型飛機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一個(gè)重要標(biāo)志，對(duì)研發(fā)周期、生產(chǎn)效率和制造成本等具有非常重要的影響。加工航空鋁合金目前已普遍采用硬質(zhì)合金刀具。不同制造行業(yè)對(duì)刀具的要求差異較大，航空航天領(lǐng)域鋁合金大型整體薄壁結(jié)構(gòu)件加工中要求粗加工刀具具有良好的強(qiáng)度和柔性及排屑性能以便于減少加工變形并降低加工表面粗糙度。 刀具相關(guān)參數(shù)選用總結(jié)分析如下： 1）前角 前角大小直接影響刀具前刀面積屑瘤的形成。因此航空 鋁合金加工時(shí)，應(yīng)選用較大的刀具前角，推薦前角。因此，加工航空鋁合金時(shí)應(yīng)選用較大的后角，推薦使用。 航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件高速切削參數(shù)選擇 1）切削速度 由于航空鋁合金非常適合采用高速切削加工，因此，加工航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件時(shí)，切削速度是沒(méi)有限制的 ，只取決于機(jī)床性能。當(dāng)然，較高的切削速度回加劇刀具磨損，降低刀具壽命。 2）進(jìn)給量 在粗加工過(guò)程中，為了獲得較大的材料去除率，應(yīng)選用較大的每齒進(jìn)給量，可選擇；在精加工過(guò)程中，為了獲得良好的表面粗糙度，可選擇。 航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件高速切削走刀方式 航空鋁合金整體結(jié)構(gòu)件高速切削一般采用小切深、大進(jìn)給的走刀方式，特別在加工弱剛性肋板時(shí)，必須采用對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)分層加工的走刀方式，減小加工變形，控制加工精度。 高速切削走刀路徑選擇 走刀路徑選擇對(duì)于合金整體機(jī)構(gòu)件高速切削的實(shí)現(xiàn)具有極其重要的作用。首先在型腔中部鉆削一個(gè)盡可能大的起始孔，然后用銑刀去除剩余的材料。只有在加工到型腔側(cè)壁時(shí)，才需要采用直刀走刀。 （ 2）在加工復(fù)雜外型腔是，特別是需要加工的型腔深度變化較大時(shí)，采用 坡銑和插銑的方式可以獲得較高的加工效率。系統(tǒng)剛性不足時(shí)，由于切削力主要分布到軸向，采用這種加工方式可獲得較高的穩(wěn)定性。這種策略采用部分重疊插銑，走刀路徑以 Z 向進(jìn)給為主，充分利用機(jī)床的軸向剛度好這一特點(diǎn)，避免加工中產(chǎn)生振動(dòng)，特別適合于刀具懸長(zhǎng)大于直徑 4 倍的大懸長(zhǎng)加工。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （ 4）在精加工腹板和側(cè)壁的過(guò)程中，由于整體結(jié)構(gòu)件絕大部分肋板和側(cè)壁都具有薄壁弱剛性的特征，應(yīng)按照金屬切削顫振理論，構(gòu)建穩(wěn)定性極限圖，在滿(mǎn)足無(wú)顫振穩(wěn)定切削的條件下合理安排走刀路徑。這些特征切削余量小，但是對(duì)刀具幾何尺寸要求較高，一般要求刀具具有大懸伸、小直徑，甚至要求刀具具有錐度。為了避免加工過(guò)程中改變進(jìn)給速度，保持加工過(guò)程的平穩(wěn)，可以先處理圓角部位，即采用插銑方式，在加工側(cè)壁之前對(duì)圓角部位進(jìn)行精加工，然后通過(guò)側(cè)銑掃除剩余材料。 飛機(jī)接頭零件加工裝夾方案優(yōu)化 薄壁零件的數(shù)控銑削中由夾緊力引起的裝夾變形是不可忽視的一個(gè)重要因素，裝夾方案的優(yōu)劣直接影響工件的加工精度和表面質(zhì)量，薄壁零件裝夾方案的制定，首先應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，進(jìn)行切削過(guò)程中的受力和變形分析，特別要注重定位和夾緊形式，裝夾布局和夾緊力的 選擇，使工件所受的綜合作用力盡可能小，使力矩盡可能小，減輕零件的裝夾變形和加工變形薄壁零件的裝夾方案要注意以下幾個(gè)方面： 1. 盡可能選擇大的平面作為定位面，工裝與工件的定位接觸面積盡可能大，同時(shí)要提高工件定位面的加工精度，使工件與工裝間有效接觸面積增大，確保工具定位面與夾具安裝面自然，致密結(jié)合，提高接觸剛度。 3. 在保證可靠夾緊的前提下，盡可能采用小的、均部的夾緊力，適當(dāng)夾緊點(diǎn)的數(shù)目，和增大夾緊力的作用面積，在零件剛度好的方向施 加夾緊力，并作用于剛性好的表面上。 5. 工藝凸臺(tái)和工藝壓板配合使用，能有效的加強(qiáng)輔助支撐，增大鋁合金薄壁零件的剛性，從而有效的減少震動(dòng)和加工變形。 7. 合理采用合適的填充劑來(lái)增強(qiáng)薄壁零件的剛性。 HS664 高速銑削中心具備以下特點(diǎn)： 1. HS664 高速銑削中心價(jià)格合理，功能全面的高速機(jī)床，對(duì)鋁合金，石墨，淬硬鋼、超硬合金等材料的加工有獨(dú)之處，用于中小型零件的加工。 3. 電主軸等關(guān)鍵部件全部采用意大利原版部件，可達(dá) 4000rmp 的高轉(zhuǎn)速，可根據(jù)用戶(hù)的 需求選配 3 軸和 4 軸，也可配置旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn) 5 軸加工，零件表面近乎于拋光面。 CATIA 是法國(guó)達(dá) 索飛機(jī)公司開(kāi)發(fā)的高檔 CAD/CAM 軟件。軟件以其強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)功能而在飛機(jī)、汽車(chē)、輪船等設(shè)計(jì)領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。比如其特有的高次 Bezier 曲線(xiàn)曲面功能，次數(shù)能達(dá)到 15，能滿(mǎn)足特殊行業(yè)對(duì)曲面光滑性的苛刻要求。 Pro/ENGINEER 號(hào)稱(chēng)“震撼業(yè)界的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件和世紀(jì)最強(qiáng)大的模具設(shè)計(jì) 軟件”，是世界上最大的三維 CAD 軟件。 美國(guó) Unigraphics Solutions(UGS)公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)優(yōu)秀的機(jī)械 CAD/CAE/CAM一體化高端軟件，它最早應(yīng)用于美國(guó)麥道飛機(jī)公司和美國(guó)通用汽車(chē)公司。 UG 的綜合能力是很強(qiáng)大的：從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)到加工到分析到渲染幾乎無(wú)所不包； pro/e 強(qiáng)調(diào)的是單純的全相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，顯得有點(diǎn)力單勢(shì)薄。 UG NX 是 Unigraphics Solutions 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，在汽車(chē)、交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。 NX 包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開(kāi)發(fā)過(guò)程 。為了真正地支持革新，必須評(píng)審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。 NX 獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專(zhuān)業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。 NX 建立在為客戶(hù)提供無(wú)與倫比的解決方案的成功經(jīng) 驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過(guò)程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。這些目標(biāo)使得 NX 通過(guò)無(wú)可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過(guò)程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過(guò)程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。利用 NX 建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來(lái)最大限度地滿(mǎn)足設(shè) 計(jì)概念的審美要求。 NX 具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿(mǎn)足客戶(hù)設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。 NX 允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā)過(guò)程。 NX 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)解決 方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過(guò)程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。這些對(duì)與 CAD 、 CAM 和 CAE 在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。 UG/Gateway 為所有 UG NX 產(chǎn)品提供了一個(gè)一致的、基于 Motif 的進(jìn)入捷徑，是用戶(hù)打開(kāi) NX 進(jìn)入的第一個(gè)應(yīng)用模塊。它支持打開(kāi)已保存的部件文件、建立新的部件文件、繪制工程圖以及輸入輸出不同格式的文件等操作，也提供圖層控制、視圖定義和屏幕布局、表達(dá)式和特征查詢(xún)、對(duì)象信息和分析、顯示控制和隱藏 /再現(xiàn)對(duì)象等操作。實(shí)體建模是特征建模和自由形狀建模的必要基礎(chǔ)。為了基于尺寸和位置的尺寸驅(qū)動(dòng)編輯、參數(shù)化定義特征，特征可以相對(duì)于任何其他特征或?qū)ο蠖ㄎ?，也可以被引用?fù)制，以建立特征的相關(guān)集。它 是實(shí)體建模和曲面建模技術(shù)功能的合并，包括沿曲線(xiàn)的掃描，用一般二次曲線(xiàn)創(chuàng)建二次曲面體，在兩個(gè)或更多的實(shí)體間用橋接的方法建立光滑曲面。還可以通過(guò)修改曲線(xiàn)參數(shù)，或通過(guò)引入數(shù)學(xué)方程控制、編輯模型。在模型改變時(shí)，工程圖將被自動(dòng)更新。利用裝配模塊創(chuàng)建的裝配信息可以方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配圖剖視、爆炸圖等。 MoldWizard 為產(chǎn)品的分型、型腔、型芯、滑塊、嵌件、推桿、鑲塊、復(fù)雜型芯或型腔輪廓?jiǎng)?chuàng)建電火花加工的電極及模具的模架、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等提供了方便的設(shè)計(jì)途徑，最終可以生成與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的、可用于數(shù)控加工的三維模具模型。同時(shí)又提供了制造資源管理系統(tǒng)、切削仿真、圖形刀軌編輯器、機(jī)床仿真等加工或輔助加工。提供線(xiàn)性靜力、線(xiàn)性屈服分析、模擬分析和穩(wěn)態(tài)分析?？梢赃M(jìn)行機(jī)構(gòu)連接設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，建立產(chǎn)品的仿真，利用交互式運(yùn)動(dòng)模式同時(shí)控制 5 個(gè)運(yùn)動(dòng)副，設(shè)計(jì)出包含任意關(guān)于注塑模中對(duì)熔化的塑料進(jìn)行流動(dòng)分析，以多種格式表達(dá)分析結(jié)果。具有前處理、解算和后處理的能力，提供強(qiáng)大的在線(xiàn)求解器和完整的材料數(shù)據(jù)庫(kù)。 主體結(jié)構(gòu)造型 建立模型的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，如主要輪廓，關(guān)鍵定位孔確定關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)對(duì)于建模過(guò)程起到關(guān)鍵 作用。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)不能直接用三維特征完成，則需要找到結(jié)構(gòu)的某個(gè)二維輪廓特征。 UG 允許用戶(hù)在一個(gè)實(shí)體設(shè)計(jì)上使用多個(gè)根特征，這樣，就可以分別建立多個(gè)主結(jié)構(gòu)，然后在設(shè)計(jì)后期對(duì)它們進(jìn)行布爾運(yùn)算。 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)（ Datum）通常決定用戶(hù)的設(shè)計(jì)思路，好的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)將會(huì)幫助簡(jiǎn)化造型過(guò)程并方便后期設(shè)計(jì)的修改。 零件相 關(guān)設(shè)計(jì) UG 允許用戶(hù)在模型完成之后再建立零件的參數(shù)關(guān)系，但更加直接的方法是在造型過(guò)程中直接引用相關(guān)參數(shù)。如果遇到一些造型特征實(shí)現(xiàn)較困難，盡可能將其放在前期實(shí)現(xiàn)，這樣可以盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并尋找替代方案。 細(xì)節(jié)特征造型 細(xì)節(jié)特征造型放在造型的后期階段，一般不要在造型早期階段進(jìn)行這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，否則會(huì)大大加長(zhǎng)用戶(hù)的設(shè)計(jì)周期。在建模較為復(fù)雜的時(shí)候，往往是任何參數(shù)都是沒(méi)有用處的，可以用 PRO/E 建立開(kāi)始較為簡(jiǎn)單的線(xiàn)框、曲面，然后轉(zhuǎn)到 ug 里面進(jìn)行高級(jí)曲面的建立、倒角。兩種軟件各有優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該混合建模才能達(dá)到最佳效果。 關(guān)于混合建模 UG 的一個(gè)最大特點(diǎn)就是混合建模，我理解就是在