钛合金高速铣削加工工艺研究

摘要

高速切削作为一种新的加工技术，给传统的金属切削理论及切削加工技术带来了革命性的变化，使产品质量明显提高，成本大幅度降低，增强了企业参与国际市场竞争的优势，因而具有显著的经济效益和广阔的发展前景。随着高速机床、高速刀具在航空、航天、汽车、模具等行业的广泛应用，高速切削加工技术的研究己成为衡量一个国家先进制造技术水平的重要标志之一。
　　钛合金具有比强度高、耐热性和耐蚀性好等优良性能，在各工业领域，特别是航空航天领域得到越来越广泛的应用。同时，钛合金的热导率低、弹性模量小、化学活性高，易导致刀具的严重磨损，是一种典型的难加工材料。由于航空工业对钛合金产品的要求越来越高，钛合金的高速切削已经受到人们的重视。本文重点研究了高速铣削钛合金时的切削力、刀具磨损和加工表面粗糙度等问题。
　　本文分析了高速铣削钛合金时影响表面粗糙度的主要因素；通过高速铣削钛合金表面粗糙度的实验研究获得了进给量、切削速度以及进给方向对高速铣削钛合金表面粗糙度的影响规律，对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义。
　　对高速铣削时钛合金材料的变形规律以及采用球头铣刀加工曲面时的切削力进行了研究;采用微元法建立了基于曲面加工的球头铣刀切削力模型;通过理论分析和实验研究建立了加工曲面曲率和切削力的关系，为高速切削刀具路径优选奠定了基础。
　　球头立铣刀铣削曲面时，刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响。本文对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角进行了理论研究，提出了调整刀具和工件之间的加工倾角有效改善切削条件的策略；建立了加工曲面时刀具倾角的数学模型以及加工曲面曲率和刀具倾角之间确定的函数关系;并通过实验研究了高速铣削钛合金时刀具倾角对表面粗糙度和切削力的影响规律，为编制多轴数控加工程序时合理设置刀具倾斜角度提供依据。

目录

钛合金高速铣削加工工艺研究

STUDY OF HIGH-SPEED MILLINGTITANIUM ALLOY

摘要

Abstract

绪论

1.1 本文研究背景及意义

1.1.1 高速切削技术概述

1.1.2 课题研究的目的及意义

1.2 钛合金材料的特性和应用

1.2.1 钛合金的特性

1.2.2 钛合金加工技术

1.2.3 钛合金的发展及应用

1.3 钛合金高速切削加工国内外研究现状

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 钛合金高速铣削参数对表面粗糙度的影响

2.1 高速铣削表面粗糙度的影响因素

2.1.1 影响高速切削表面粗糙度的因素

2.1.2 球头铣刀铣削残留高度

2.2 高速铣削钛合金表面粗糙度实验条件及设备

2.2.1 加工钛合金的牌号

2.2.2 试验材料与试验条件

2.3 切削速度对表面粗糙度的影响

2.3.1 切削速度试验参数

2.3.2 试验结果分析

2.4 每齿进给量和切削深度对表面粗糙度的影响

2.4.1 切削试验参数

2.4.2 试验结果分析

2.5 进给方向对表面粗糙度的影响

2.6 刀具磨损对表面粗糙度的影响

2.6.1 刀具磨损的原因

2.6.2 钛合金高速铣削时的刀具磨损

2.6.3 刀具磨损机理探讨

2.6.4 刀具磨损对表面粗糙度的影响

2.7 本章小结

第3章 铣削钛合金的切削力研究

3.1 高速铣削钛合金材料的变形规律

3.2 钛合金曲面数控铣削加工的特点

3.3 球头立铣刀的特点及应用

3.4 球头铣刀常用曲面加工刀具路径

3.4.1 常用曲面加工刀具路径

3.4.2 高速切削曲面刀具路径应满足的基本原则

3.5 球头铣刀加工曲面切削力模型

3.5.1 球头铣刀铣削参数

3.5.2 铣削行距间残留面积高度的计算

3.5.3 球头铣刀高速铣削的铣削方式

3.5.4 基于微元法的球头铣刀切削力的模型

3.6 曲面曲率对切削力的影响

3.6.1 椭圆的曲率

3.6.2 球头铣刀加工椭球面时的切削力计算

3.6.3 加工曲面的曲率对切削力的影响

3.7 本章小结

第4章 球头铣刀曲面加工倾角的研究

4.1 刀具和工件之间的加工倾角的定义

4.2 刀具和工件之间的加工倾角对表面粗糙度的影响

4.2.1 实验条件

4.2.2 实验方法

4.2.3 实验方案

4.2.4 实验结果分析

4.3 刀具和工件之间的加工倾角对切削力的影响

4.3.1 刀具轴线和工件表面间的倾角 的计算

4.3.2 实验条件

4.3.3 实验方法

4.4 考虑刀具倾角影响的编程策略

4.5 应用实例

4.6 本章小结

结 论

参考文献

致谢