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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文資料翻譯
系別： 機(jī)械工程學(xué)院
專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
外文出處：Advanced Manufacturing Technology
附 件：1、外文原文；2、外文資料翻譯譯文。
指導(dǎo)教師評(píng)語：
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1、 外文原文（復(fù)印件）
2、外文資料翻譯譯文
先進(jìn)制造技術(shù)
盡管裁斷的深度是由材料去除率的總額決定的，增加徑向的裁斷深度同樣能夠增加磨損率。就像增加進(jìn)給速度一樣，工具的使用壽命會(huì)隨著切削深度的加深而縮短。因此，工具的使用壽命與磨損率能夠像預(yù)期那樣保持平衡。
每個(gè)金屬在切削過程中會(huì)產(chǎn)生三個(gè)力：切向力，即零件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的力;徑向力，由工件材料切削深度的阻隔產(chǎn)生的力；縱向力，利用進(jìn)給速度產(chǎn)生的力。這些力比機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的力強(qiáng)30%到80%。例如， 在洛氏硬度62HRC的強(qiáng)度下，分別經(jīng)過預(yù)熱處理和熱處理，縱向力會(huì)從30%增加到50%，切向力會(huì)從30%增加到50%，徑向力會(huì)從70%增加到100%。因此，機(jī)床必須能夠承受不斷增加的切削力，尤其是徑向的切削力。
切削液能夠影響白層的產(chǎn)生，因?yàn)榘讓邮俏锵笞兓诒砻姘l(fā)生的結(jié)果，當(dāng)冷卻工件表面時(shí)，切削液能夠減輕熱損壞。一些報(bào)道認(rèn)為切削液會(huì)消除白層，但卻有研究表明切削液沒有這樣的作用。刀具狀態(tài)也是一個(gè)很重要的因素，然而白層的增加同樣伴隨著刀具的磨損。
如果硬態(tài)切削能夠代替精磨操作，硬態(tài)切削的產(chǎn)品表面光潔度能夠與精磨操作相媲美。與精磨操作不同的是，表面光潔度是由大小，形狀，強(qiáng)度和在磨削砂輪中磨粒的作用決定的。硬車削表面通常是由切削過程中形成的幾何圖形決定的，其中主要是由切削工具的進(jìn)給和刀尖半徑?jīng)Q定的。
對(duì)于磨削圓柱的應(yīng)用，其砂輪和工件必須能夠順利的旋轉(zhuǎn)。其次，砂輪飛快旋轉(zhuǎn)的同時(shí)工件要緩慢的旋轉(zhuǎn)。如果旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件不完全同心，組合的缺陷和旋轉(zhuǎn)速度的細(xì)微差別會(huì)引起圓柱的凸角。當(dāng)生產(chǎn)的幾何圖形不夠圓時(shí)，這會(huì)影響最終的生產(chǎn)。另一方面，對(duì)于硬切削來說，工件或者切削工具不能同時(shí)旋轉(zhuǎn)。因此，機(jī)器加工表面將會(huì)與機(jī)床主軸和緊挨機(jī)床的中心線的機(jī)床縱向的方向一樣精準(zhǔn)。
摩擦的另一個(gè)缺點(diǎn)是，在磨輪和工作部件的接觸點(diǎn)，在表面會(huì)產(chǎn)生許多熱能，甚至當(dāng)合理應(yīng)用冷卻液體時(shí)，工作表面應(yīng)力升高和熱檢查會(huì)導(dǎo)致地上部分的工作部件在運(yùn)行中過早失效。使用硬態(tài)切削會(huì)產(chǎn)生較少的熱量，而且如果合理使用，伴隨著脆性材料的去除，產(chǎn)生的熱量將被帶走。因此，在缺乏應(yīng)力升高和熱檢查的條件下，成品依然能夠生產(chǎn)。
HPM的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,工作部件能夠承受洛氏硬度65HRC的強(qiáng)度，在工作部件使用市售陶瓷插件的條件下，普通車床依然能夠使用。兩個(gè)方面可以能夠節(jié)約，分別是工藝設(shè)計(jì)和資本投資。在工藝設(shè)計(jì)方面，耗時(shí)的加工，安裝程序以及工具的應(yīng)用明顯的減少了。另一方面，砂輪的改變是曠日持久的，防護(hù)裝置必須拆下，連同主軸鎖緊螺母。舊磨輪必須更換，而且新輪平衡會(huì)煥目一新。換輪可能會(huì)花費(fèi)換瓷片插件一百倍的時(shí)間，換瓷片插件僅僅需要簡單的索引或在架更換即可。
設(shè)備也不貴，一個(gè)車床明顯比一個(gè)做類似工作的生產(chǎn)磨床花費(fèi)的少，就像之前已經(jīng)提過的，安裝程序更加容易，更加快捷，車床在構(gòu)造方面也更加容易，這沒有往復(fù)滑動(dòng)造成的磨損，維修或更換----因?yàn)榫S護(hù)更加容易。
3.7.2硬銑削
在過去的幾年中，一個(gè)深入人心的加工方面的進(jìn)步是硬銑削，通常模具制造商使用硬銑切P—20，H—13和其他工具鋼。這些材料的硬度范圍是從45到64HRC，而且他們是傳統(tǒng)的放電加工，但是新技術(shù)使硬銑削成為一個(gè)可行的替代方案，成功的硬銑削需要幾個(gè)組件組合在一起——機(jī)床，工具柄，切割工具，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和加工“專有技能”。
1.機(jī)械因素
機(jī)床是最重要的組成部分。機(jī)床最基本的要求是必須為硬銑而設(shè)計(jì)，并且還要擁有與高速加工中心相同的特征。機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和單個(gè)組件，例如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主軸和CNC，必須能夠承受硬切削的強(qiáng)度。機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)要求非常嚴(yán)格，并且要能夠增強(qiáng)阻尼，在聚合物混凝土建造的機(jī)床中能夠發(fā)現(xiàn)這些特征。不僅如此，聚合物混凝土還具有力學(xué)和熱特性。
機(jī)床的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該包含能夠優(yōu)化加減速度的數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)能夠使CNC達(dá)到較高的成形精度，并賦予它高超的動(dòng)態(tài)能力。
圖3.14 Mikron的五軸銑床
主軸是最容易被忽視的一個(gè)重要組件之一，主軸必須能夠提供較好的靈活性，在較低的主軸轉(zhuǎn)速的情況下提供較大的扭轉(zhuǎn)力，在一定的主軸轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)使功率最大化。一個(gè)合理的主軸轉(zhuǎn)速的范圍是從100RPM 到20000RPM范圍內(nèi)或者更高，這取決于主軸的應(yīng)用程度。在主軸結(jié)構(gòu)中的混合陶瓷軸承能夠增加主軸的剛度，精確度和溫度穩(wěn)定性。圖3.14的數(shù)據(jù)表明一個(gè)五軸銑床是專為硬切削設(shè)計(jì)的，這與高速加工有著相似的要求。
切削工具是硬銑削成功工作的一個(gè)主要因素。對(duì)于粗加工的硬化材料，有至少四個(gè)凹槽的端銑刀值得推薦。當(dāng)以較高的進(jìn)給速度切削時(shí)，它們能夠提供負(fù)載芯片。
刀具的槽長應(yīng)該較短，還應(yīng)該有一個(gè)接近30度的螺旋角。經(jīng)驗(yàn)證，一個(gè)30度的螺旋角有利于切屑瘤的產(chǎn)生和切削熱的擴(kuò)散。
除此之外，還應(yīng)該考慮到硬質(zhì)合金基體。只能使用超細(xì)晶體尺寸的硬質(zhì)合金，大約0.5微米到0.6微米。這些工具能夠增加邊緣的強(qiáng)度并且減少積屑瘤。
當(dāng)銑削硬化的模槽時(shí)，應(yīng)該考慮到有嵌入物的刀具。硬質(zhì)合金刀片比固體硬質(zhì)合金端銑刀要便宜，而且插入刀片后，會(huì)延長刀具的使用壽命。然而，這些刀具并不是為高轉(zhuǎn)速主軸而設(shè)計(jì)的，如果操作不當(dāng)，也會(huì)有重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。
硬銑削從高溫到磨粒磨損都給切削工具施加了很大的壓力，為了承受這些壓力，必須要使用涂層刀具。涂層給刀具增加了一個(gè)保護(hù)層，這樣能夠增加工具的使用壽命。
涂層的選擇應(yīng)該以其獨(dú)有的屬性為基礎(chǔ)。鈦基涂層，例如TiCN和TiALN，對(duì)于硬銑削來說是很常見的。耐磨性和高硬度是TiCN最重要的特性，TiALN的耐熱性和抗氧化性更強(qiáng)些。工具制造商可以通過提供特制的多層共混物來進(jìn)一步增加涂層。
在硬銑削中不會(huì)經(jīng)常使用冷卻液體。硬銑削會(huì)產(chǎn)生大量熱能，但是當(dāng)冷卻液接觸到表面時(shí)會(huì)蒸發(fā)。使用涂層同樣能夠?qū)е碌毒叩臒岵环€(wěn)定性。
在切削過程中壓縮空氣能夠代替芯片，除此之外，油霧組合的產(chǎn)品同樣是精選出來的。潤滑油能夠減少摩擦，因此潤滑油能夠增加工具的使用壽命和表面拋光度。
2.CAD/CAM的分析
CAD/CAM系統(tǒng)是另一個(gè)重要的組成部分，該系統(tǒng)在近年來取得了顯著的進(jìn)步，現(xiàn)在更是增加了一系列先進(jìn)的特性和功能。然而并不是所有的系統(tǒng)都能夠與之比擬，這些系統(tǒng)不能為硬銑削創(chuàng)建刀具軌跡。
盡管CAD/CAM系統(tǒng)不是專門為硬銑削設(shè)計(jì)的，但是對(duì)于硬銑削來說，許多擁有高速加工能力的系統(tǒng)有同樣的功能，因?yàn)檫@兩者之間是有一定聯(lián)系的。這確保了工具持續(xù)的用一個(gè)一成不變的切削力進(jìn)行切割，這是維持理想狀態(tài)的條件之一。
在刀具軌跡應(yīng)用之前，這部分的完整分析必須完成，不是所有的部分都適用于硬銑削，加工的特定領(lǐng)域應(yīng)該清楚的標(biāo)明，這決定了最小的內(nèi)半徑和最長的工作深度。通常來說，一個(gè)4:1的長徑比的工具不會(huì)造成任何問題。
當(dāng)長徑比增大時(shí)，問題就會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)長徑比過大時(shí)，硬磨的經(jīng)驗(yàn)在決定它有多成功方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。而采用小直徑刀具的硬銑削是可行的，只要小心地保持恒定的切屑負(fù)荷和機(jī)器以最低的DOCs運(yùn)行。
如果CAD/CAM系統(tǒng)沒有直接驗(yàn)證或者模擬數(shù)控代碼的工具，市場上有很多可以進(jìn)行這類操作的軟件包可以采用。
最后，適當(dāng)?shù)脑E竅對(duì)于成功的硬銑削是至關(guān)重要的。如果不懂處理程序的知識(shí)，那么所有的必須部分都是沒有用的。成功的硬銑削的依據(jù)有專業(yè)技巧，先進(jìn)的高速切削HSM知識(shí)，切割工具的合理選擇，合模裝置以及使用CAD/CAM系統(tǒng)加工能力。
對(duì)所有的組件有一個(gè)清晰的了解 ，這能使工作人員認(rèn)識(shí)到，對(duì)于成功的硬銑削，什么是必需的。
3.精密加工
精密加工是使用切削工具的過程，無論是車削，硬銑削，磨削，這會(huì)形成一個(gè)精密的尺寸，形狀和表面光潔度。精密加工必須保證在10微米以下。任何導(dǎo)致不準(zhǔn)確的操作通常被稱為傳統(tǒng)的機(jī)械加工。相比于傳統(tǒng)材料的標(biāo)準(zhǔn)加工，成功的精密硬質(zhì)材料加工對(duì)參數(shù)更加敏感。例如：機(jī)床精度，剛度，刀架設(shè)計(jì)，刀具材料，幾何圖形，夾具，冷卻液的介紹，加工工藝等。