72陳超-初稿-切削加工技術(shù)綜述

1、全套圖紙聯(lián)系QQ：1834186366 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本 科 生 畢 業(yè) 論 文 題 目： 切削加工技術(shù)綜述學(xué)習(xí)中心：江蘇太倉電大奧鵬學(xué)習(xí)中心31層 次： ?？破瘘c本科 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 年 級： 2013年 秋季 學(xué) 號： 131480411545 學(xué) 生： 陳 超 指導(dǎo)教師： 曹風(fēng)魁 完成日期： 2015年3月13日 6內(nèi)容摘要進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的發(fā)展，世界各國普遍重視對先進(jìn)制造技術(shù)的研究和發(fā)展。切削加工技術(shù)是機(jī)械制造過程中最重要，應(yīng)用最廣泛的加工方法。近年來，隨著毛坯制造精度不斷提高，高速切削加工技術(shù)、新型刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛。切削加工技術(shù)朝著

2、高速化、精密化、微型化等方向發(fā)展。本文參考了國內(nèi)外大量文獻(xiàn)資料，首先介紹了切削加工技術(shù)的發(fā)展歷程和分類，著重介紹了各種切削加工技術(shù)的應(yīng)用，最后對切削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：切削加工；刀具；發(fā)展趨勢；目 錄內(nèi)容摘要I前 言11.1 切削加工的基本概念21.2 切削加工的基礎(chǔ)知識31.3 切削刀具的基本知識42 典型切削加工技術(shù)的特點72.1 車削加工技術(shù)的特點72.2 銑削加工技術(shù)的特點82.3 磨削加工技術(shù)的特點92.4 刨削加工技術(shù)的特點102.5 高速切削技術(shù)的特點113 切削加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用133.1 高速切削的發(fā)展及應(yīng)用133.1.1 高速切削的定義133.1.2 高

3、速切削加工的特點及優(yōu)越性143.1.3 高速切削加工機(jī)床的特點及優(yōu)越性143.1.4 高速切削技術(shù)的應(yīng)用163.2 先進(jìn)刀具技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用173.2.1 最新刀具材料的應(yīng)用與發(fā)展173.2.2 最新刀具結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展193.2.3 刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展194 切削加工技術(shù)的發(fā)展趨勢214.1 高速切削技術(shù)的發(fā)展趨勢214.2 先進(jìn)刀具技術(shù)的發(fā)展趨勢225 結(jié)論23參考文獻(xiàn)24前 言現(xiàn)代切削加工技術(shù)的起源可以追溯到從人類使用勞動工具生產(chǎn)，創(chuàng)造社會財富開始。在切削加工過程中，切削加工機(jī)床是工作母機(jī)或工具機(jī)，它是采用采用切削加工技術(shù)將毛坯或半成品制造成一定形狀、尺寸和表面質(zhì)量，符合預(yù)定技術(shù)要

4、求的機(jī)械零部件的設(shè)備。1840年，英國工業(yè)革命中發(fā)明了蒸汽機(jī)，人類開始使用蒸汽機(jī)作為動力的切削加工機(jī)床，一百多年后，隨著電力時代的到來，電力切削加工機(jī)床已被廣泛使用。自20世紀(jì)下半葉以來，伴隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)市場競爭日趨激烈，世界各國均加強(qiáng)了對先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)，以便提高其在世界經(jīng)濟(jì)市場中的競爭力。高速切削加工、干切削加工等先進(jìn)制造技術(shù)日益獲得廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，特別是高速切削加工技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)外研究學(xué)者們研究的熱點問題，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。在我國，制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國工業(yè)生產(chǎn)總值的80%來源于制造業(yè)，研究和發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)是促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)和綜合國力持

5、續(xù)發(fā)展的前提。隨著切削加工技術(shù)的不斷發(fā)展，人們研發(fā)和應(yīng)用了大量新型的刀具材料，如高速鋼、硬質(zhì)合金、合金工具鋼等，這些新型刀具材料在切削加工中的應(yīng)用，大幅度提高了切削加工的速度和生產(chǎn)效率。特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼將陶瓷、人造金剛石和立方氮化硼等刀具材料也逐步投入到實用推廣階段，大力研發(fā)高速切削加工技術(shù)、新的高速切削加工工藝和方法，進(jìn)一步提高了切削加工精度和生產(chǎn)效率，促進(jìn)了現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)的快速發(fā)展。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，我國已成為制造業(yè)大國，是全球重要的機(jī)械零部件轉(zhuǎn)包生產(chǎn)國。近年來，我國引進(jìn)了大量國外先進(jìn)的切削加工裝備，大大提高了我國機(jī)械制造業(yè)設(shè)備的數(shù)控化率。然而，我國對

6、高速、高精密切削加工技術(shù)及新型刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的研究方面仍處于啟蒙階段，我國的工具制造業(yè)和裝備制造業(yè)仍然難以滿足先進(jìn)制造裝備和工藝的要求。在這種形勢下，相關(guān)政府部門應(yīng)加強(qiáng)政策引導(dǎo)，立足于提高我國制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力，為我國國民經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)、健康發(fā)展服務(wù)。本文詳細(xì)介紹了國內(nèi)外目前應(yīng)用廣泛的各種切削加工技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展情況，對高速切削、干切削、刀具材料及刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展進(jìn)行了展望。1 切削加工技術(shù)的概念1.1 切削加工的基本概念在機(jī)械裝備中，機(jī)械零部件是組成機(jī)械的最基本組成單元，因此，制造出合格的機(jī)械零部件是組成符合要求、質(zhì)量合格的機(jī)械裝備的基礎(chǔ)。機(jī)械加工的主要目的就是制造出合格的零部件，

7、在機(jī)械加工過程中，絕大部分零部件毛坯的材料均是金屬材料，因此，狹義的機(jī)械加工也是指金屬切削加工。機(jī)械零部件的表面一般是由平面、圓柱面、圓錐面、球面和成型表面等一些基本表面組成，通過使用各種切削加工方法可以獲得各種零件的基本表面。在金屬切削機(jī)床上利用工件和刀具、磨料或磨具彼此間協(xié)調(diào)的相對運動切除被加工零件多余的材料，獲得在形狀、尺寸和表面質(zhì)量都符合要求的這種加工方法稱為金屬切削加工。金屬切削加工技術(shù)常常是零件的最終加工方法，它是利用切削刀具對零件直接進(jìn)行切削加工的技術(shù)方法，在這個過程中，切削刀具和工件之間必然有確定的相對運動，同時互相之間產(chǎn)生了較大的切削力。金屬切削加工技術(shù)一般存在于一個封閉的機(jī)

8、械加工工藝系統(tǒng)中。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)由金屬切削機(jī)床、刀具、夾具和工件構(gòu)成，在這個系統(tǒng)中，金屬切削機(jī)床是加工機(jī)械零件的工作母機(jī)，零件和刀具通過機(jī)床夾具和刀架與金屬切削機(jī)床可靠地聯(lián)接在一起，金屬切削機(jī)床提供動力使切削刀具和工件之間形成了確定的相對運動關(guān)系，從而實現(xiàn)了切削加工1。采用切削刀具、磨具和磨料等切削工具將坯料或半成品工件上多余的材料切除，使之成為一定幾何形狀、尺寸、表面質(zhì)量和技術(shù)要求的零部件的加工方法稱為切削加工技術(shù)。切削加工必須具備三個基本要素，即切削工件、切削工具和切削運動。其中，切削工件是機(jī)械加工過程中被加工對象的總稱，它經(jīng)歷了從毛坯加工到成品的工藝過程，任何一個工件都是經(jīng)過由毛坯加工

9、到成品的過程，在切削加工過程中，刀具與切削工件之間產(chǎn)生相對運動，使刀具能夠?qū)ぜM(jìn)行切削，并最終形成各種加工表面，刀具與工件之間的相對運動稱為切削運動。切削運動主要包括主運動和進(jìn)給運動，主運動是切除工件表面多余材料的基本運動，在切削運動中通常線速度最高，所消耗的功率也最多。例如車削時工件的旋轉(zhuǎn)運動；鉆削時刀具的旋轉(zhuǎn)運動；刨削時工件與刀具的相對往復(fù)運動等都屬于主運動。進(jìn)給運動是使工件未被切除的多余材料不斷被切除的運動，又稱走刀運動。通過進(jìn)給運動便可以切削出要加工的表面。進(jìn)給運動的速度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主運動的速度。例如，車削外圓時車刀的縱向移動；鉆孔時鉆頭的軸向移動；銑平面時工件的縱向移動；牛頭刨床刨

10、削時工件的橫向間歇移動等都屬于進(jìn)給運動。機(jī)床除上述運動外，其它運動均稱為輔助運動。如：進(jìn)刀運動、退刀運動、分度運動、工作臺的升降等。在機(jī)械制造過程中，切削加工是最重要，應(yīng)用最為廣泛的加工方法。在切削加工過程中，由于切削刀具對工件進(jìn)行切削，因此切削刀具必須有刃口，同時切削刀具材質(zhì)的硬度必須大于工件的硬度。根據(jù)切削刀具結(jié)構(gòu)和切削運動方式的不同，切削加工方法各有不同，常見的切削工具數(shù)量和刃口固定的切削加工方法有：車削、銑削、刨削、拉削、鉆削、鏜削和鋸切等；而切削工具數(shù)量和刃形都不固定的切削加工方法有磨削、珩磨、拋光和研磨等。1.2 切削加工的基礎(chǔ)知識在機(jī)械加工過程中，為了使被加工工件滿足機(jī)械加工表面

11、質(zhì)量和加工精度要求，則必須在設(shè)計機(jī)械零部件時就對其提出加工質(zhì)量的技術(shù)要求。工件的加工質(zhì)量決定了機(jī)械零件產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、使用性能、使用壽命、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率。機(jī)械加工精度是指工件經(jīng)過切削加工后的外形、尺寸、位置等工藝參數(shù)的實際數(shù)值與設(shè)計理想數(shù)值之間的符合程度。實際測量數(shù)值相對設(shè)計理想數(shù)值的偏差越小，則意味著符合程度越高，相應(yīng)的加工精度也越高，工程圖紙上，一般采用公差來表示機(jī)械加工精度的要求，公差包括形狀公差、位置公差和尺寸公差三種類型，相應(yīng)地，機(jī)械加工精度也包括形狀精度、位置精度和尺寸精度三個方面。在切削加工過程中，操作者的操作方法、切削機(jī)床的加工精度、切削刀具等均對所加工工件的加工精度產(chǎn)生了較大

12、的影響。機(jī)械零件的形狀精度是指零件在切削加工后的實際表面與設(shè)計理想表面形狀的符合程度，描述形狀精度的形狀公差一般有：直線度、圓柱度、平面度、圓度等。機(jī)械零件的位置精度是指零件在切削加工后的各表面、軸線之間的實際位置與設(shè)計理想位置的相符合程度，描述位置精度的位置公差一般有:同軸度、垂直度、平行度、對稱度等。零件的尺寸精度是指零件加工表面本身的實際尺寸與設(shè)計理想尺寸之間的相符合程度，一般用尺寸公差描述，它反映了零件各加工表面尺寸的允許變動量。我國于1998年制定的極限與配合標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1800. 3-1998）中規(guī)定，我國機(jī)械零部件的尺寸公差分為20個等級，即IT01、IT0、IT1、IT2IT

13、18，公差等級數(shù)值越大，則相應(yīng)的公差值越大，尺寸精度的要求越低。機(jī)械零件的表面質(zhì)量是指零件在切削加工后的表面層材質(zhì)的變化和表面粗糙度。在切削加工過程中，由于受到切削刀具產(chǎn)生的刀痕、工件的塑性變形、刀具與工件之間的摩擦和機(jī)床的振動等因素的影響，工件的加工表面會出現(xiàn)一些微小的峰谷，這些高低不平的峰谷之間的高度差和間距即表明了零件的加工質(zhì)量，一般采用表面粗糙度表示。表面粗糙度對零件的抗腐蝕性、配合性質(zhì)和耐磨性有著直接的影響。根據(jù)我國制訂的標(biāo)準(zhǔn)（GB/T1031-1995）規(guī)定，采用表面輪廓算術(shù)平均偏差Ra值對表面粗糙度進(jìn)行評定。此外，在切削加工過程中，工件經(jīng)過加工后表面層的力學(xué)、物理和化學(xué)性能都會與

14、基體材料產(chǎn)生區(qū)別，主要表現(xiàn)形式有：加工過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力、工件加工硬化、工件耐腐蝕性下降、工件疲勞強(qiáng)度發(fā)生變化等，這些零件加工后的表面層材質(zhì)的變化現(xiàn)象也將影響零件的使用性能。隨著人們對機(jī)械零件的使用性能和壽命等要求日益提高，零件的機(jī)械加工精度和表面粗糙度要求也越來越高，相應(yīng)的加工成本也逐漸提高。因此，在設(shè)計機(jī)械零件產(chǎn)品時，在確保零件的使用性能時，微降低加工成本，工程設(shè)計人員一般選擇經(jīng)濟(jì)精度，即盡可能選擇較低的精度等級和較大的表面粗糙度。1.3 切削刀具的基本知識在機(jī)械制造中用于切削加工的工具稱為切削工具，它包括切削刀具和切削磨具兩類。目前，大部分切削刀具都是在機(jī)床上使用的用于切削金屬材料的刀具

15、，因此，一般將“刀具”即理解為金屬切削刀具。刀具的起源歷史已久，早在公元前28世紀(jì)至公元前20世紀(jì)時，我國就已出現(xiàn)了黃銅錐、紫銅錐、紫銅鉆、紫銅刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國時期，人們已開始使用滲碳技術(shù)制造銅質(zhì)刀具、鉆頭和鋸等。隨著18世紀(jì)工業(yè)革命的興起，刀具的發(fā)展經(jīng)歷了一個快速發(fā)展時期，人類相繼發(fā)明和應(yīng)用了銑刀、板牙、絲錐、麻花鉆等刀具。這些早起的切削刀具一般采用整體高碳工具鋼制造，其許用切削速度一般為5m/min。隨后，人們又發(fā)明了含鎢合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等新型材料，大幅度將切削速度提高到60m/分以上，并出現(xiàn)了焊接和機(jī)械夾固式刀具結(jié)構(gòu)2。1949起，可轉(zhuǎn)位刀片、陶瓷刀具 3 、聚晶人造金剛石

16、和聚晶立方氮化硼刀片等非金屬刀具材料逐漸應(yīng)用，新型刀具的不斷應(yīng)用大大提高了刀具的切削速度、加工質(zhì)量和精度。1969-1972年，瑞典和美國的研究者則采用化學(xué)和物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速刀具上采用表面涂覆方法，進(jìn)一步提高了切削刀具的切削性能。目前，機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用的切削刀具的種類和結(jié)構(gòu)形式有很多，根據(jù)切削刀具刃口的數(shù)量可分為單刃刀具和多刃刀具兩大類，單刃刀具如車刀、刨刀，多刃刀具如鉆頭、銑刀等。根據(jù)工件切削加工表面的形式的不同，切削刀具可分為外表面加工刀具、孔加工刀具、螺紋加工刀具、齒輪加工刀具、切斷刀具和組合刀具六類。根據(jù)切削運動方式和刀刃形狀的不同，切削刀具又可分為通用刀具、成形刀具和

17、展成刀具三種類型。通用刀具包括車刀、銑刀、鏜刀、鉆頭等；成形刀具的刀刃一般具有與被加工工件斷面相同或接近的形狀，包括成形車刀、成形刨刀、成形銑刀以及各種螺紋加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀等。一般而言，刀具的結(jié)構(gòu)包括裝夾部分和工作部分兩部分4。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄

18、靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。通常很多帶柄的刀具的工作部分采用高速鋼制造，柄部則用低合金鋼制造。刀具的工作部分在進(jìn)行切削加工過程中，一方面產(chǎn)生了切屑，一方面又通過自身的排屑槽處理切屑，刀具的工作部分由刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間、切削液的通道等組成。刀具的工作部分的所有結(jié)構(gòu)并不是都必須的，工業(yè)生產(chǎn)中常見的車刀、銑刀、鏜刀和刨刀等就僅有刀具的切削部分，而鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐和內(nèi)表面拉刀等刀具的工作部分則由切削部分和校準(zhǔn)部分組成，切削加工過程中，切削部分刀刃切除切屑，校準(zhǔn)部

19、分則負(fù)責(zé)引導(dǎo)刀具和修光已切削的加工表面。根據(jù)刀具工作部分結(jié)構(gòu)的不同可分為機(jī)械夾固定式、焊接式和整體式，其中機(jī)械夾固式又可分為刀片夾固在刀體上結(jié)構(gòu)式和刀頭夾固在刀體上結(jié)構(gòu)式。顧名思義，焊接式就是將刀片釬焊到鋼制的刀體上，而整體式則將刀體和刀刃制為一體。常用的硬質(zhì)合金刀具一般采用機(jī)械夾固式或焊接式，陶瓷刀具則大多采用機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)。一般而言，影響切削加工效率和加工質(zhì)量的主要因素有工件材料、刀具材料、加工工藝性和刀具切屑部分的幾何參數(shù)等。其中，刀具切屑部分的幾何參數(shù)是影響切削加工效率和加工質(zhì)量的一個重要因素，以車刀為例，當(dāng)增大車刀的前角，即可降低前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小了切屑流經(jīng)前刀面的摩

20、擦阻力，相應(yīng)地，減小了切削力和切削熱，使切削刃的強(qiáng)度降低，減少了刀頭的散熱體積。因此，在工程實際中，要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理的選擇和使用切削刀具。制造刀具的材料一般要求具有較高的高溫硬度、耐磨性、抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性、化學(xué)惰性和較好的工藝性以及抗變形能力。通常當(dāng)材料硬度高時，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。目前，高速鋼是應(yīng)用最廣的刀具材料，具有良好的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和工藝性。聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。硬質(zhì)合金可

21、轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層5。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高 1-3倍以上。由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾

22、；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)；提高刀具的制造精度，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。2 典型切削加工技術(shù)的特點2.1 車削加工技術(shù)的特點車削加工是在車床上利用工件相對于刀具的旋轉(zhuǎn)運動和刀具的直線運動或曲線運動來改變毛坯的形狀和尺寸，進(jìn)行切削加工的方法。車削加工過程中，工件是提供切削能的主要部件，車刀則是主要的切削刀具。車削加工是最基本、最常見的切削加工方法，在切削加工生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。常見的車削加工可以分為車削外圓、車削內(nèi)圓、車削平面、車削螺紋幾類。車削加工技術(shù)具有以下特點：1)車削加工生產(chǎn)率較高。除了車削斷續(xù)表面之外，一般情況下，車削過程是連續(xù)進(jìn)行的，不像銑削和刨削，在一

23、次走刀過程中，刀齒多次切入和切出，產(chǎn)生沖擊，并且當(dāng)車刀幾何形狀、背吃刀量和進(jìn)給量一定時，切削層公稱橫截面積是不變的，切削力變化很小，切削過程可采用高速切削和強(qiáng)力切削一生產(chǎn)效率高。車削加工既適于單件小批量生產(chǎn)，也適于大批量生產(chǎn)。2)車削加工容易保證零件各加工表面的位置精度。車削時，零件各表面具有相同的回轉(zhuǎn)軸線。在一次裝夾中加工同一零件的外圓、內(nèi)孔、端平面、淘槽等，能保證備外圓軸線之間及外圓與內(nèi)孔軸線之間的同軸度要求。3)車削加工生產(chǎn)成本較低。車刀是刀中最簡單的一種，制造、刃磨和安裝均較方便，故刀費用低、車床附件多、裝夾及調(diào)整時間較短，加之切削生產(chǎn)率高，故車削成本較低。4)適于車削加工的材料廣泛。

24、除難以切削的30 HRC以上高硬度的淬火鋼件外，可以車削黑色金屬、有色金屬及非金屬材料（有機(jī)玻璃、橡膠等），特別適合于有色金屬零件的精加工。因為某些有色金屬零件材料的硬度較低，塑性較大，若用砂輪磨削，軟的磨屑易堵塞砂輪，難以得到粗糙度低的表面。因此，當(dāng)有色金屬零件表面粗糙度要求較小時，不宜采用磨削加工，而要用車削精加工。5)車削加工可以在臥式車床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、仿形車床、自動車床、數(shù)控車床，以及各種專用車床上進(jìn)行，主要用來加工各種回轉(zhuǎn)表面，如外圓（含外回轉(zhuǎn)槽）、內(nèi)圓（含內(nèi)回轉(zhuǎn)槽）、平面（含臺階端面）、錐面、螺紋和滾花面等，根據(jù)所選用的車刀角度和切削用量的不同，車削可分為粗車、半精車和精車

25、等階段。粗車的尺寸公差等級為IT12IT11，表面粗糙度值Ra為2512.5m；半精車為IT10IT9，Ra值為6.33.2m；精車為IT8IT7（外圓精度可達(dá)到IT6），Ra值為1.60.8m。2.2 銑削加工技術(shù)的特點銑削是銑刀旋轉(zhuǎn)做主運動、工件或銑刀做進(jìn)給運動的切削加工方法。在銑床上使用不同的銑刀可以加工平面（水平面、垂直平面、斜面）、臺階、溝槽（直角溝槽、V形槽、T形槽、燕尾槽等）、特性面和切斷材料等。此外，使用分度裝置可加工需周向等分的花鍵、齒輪和螺旋槽等。在銑床上還可以進(jìn)行鉆孔、鉸孔和銑孔等工作。銑削加工是一種使用旋轉(zhuǎn)的多刃刀具切削工件的加工技術(shù)，它是一種高效率的加工方法。銑削加工

26、時，刀具的旋轉(zhuǎn)運動是主運動，而工件的移動是進(jìn)給運動，有時工件也可以固定，但此時旋轉(zhuǎn)的刀具還必須移動（同時完成主運動和進(jìn)給運動）。銑削用的機(jī)床有臥式銑床或立式銑床，也有大型的龍門銑床。這些機(jī)床可以是普通機(jī)床，也可以是數(shù)控機(jī)床。用旋轉(zhuǎn)的銑刀作為刀具的切削加工。銑削一般在銑床或鏜床上進(jìn)行,適于加工平面、溝槽、各種成形面和模具的特殊形面等。銑削加工具有以下特點：1)銑刀是典型的多刃刀具，加工過程有幾個刀齒同時參加切削，總的切削寬度較大；銑削時的主運動是銑刀的旋轉(zhuǎn)，有利于進(jìn)行高速切削，故銑削的生產(chǎn)率高于刨削加工。2)銑削加工范圍廣，可以加工刨削無法加工或難以加工的表面。例如可銑削四周封閉的凹平面、圓弧形

27、溝槽、具有分度要求的小平面和溝槽等。3)銑削過程中，就每個刀齒而言是依次參加切削，刀齒在離開工件的一段時間內(nèi)，可以得到一定的冷卻。因此，刀齒散熱條件好，有利于減少銑刀的磨損，延長了使用壽命。4)由于銑削加工是斷續(xù)切削，刀齒在切人和切出工件時會產(chǎn)生沖擊，而且每個刀齒的切削厚度也時刻在變化，這就引起切削面積和切削力的變化。因此，銑削過程不平穩(wěn)；輕易產(chǎn)生振動。5)銑床、銑刀比刨床、刨刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，銑刀的制造與刃磨比刨刀困難，所以銑削本錢比刨削高。6)銑削與刨削的加工質(zhì)量大致相當(dāng)，經(jīng)粗、精加工后都可達(dá)到中等精度。但在加工大平面時，刨削后無明顯接刀痕，而用直徑小于工件寬度的端銑刀銑削時，各次走刀間有明顯的

28、接刀痕，影響表面質(zhì)量。銑削加工適用于單件小批量生產(chǎn)，也適用于大批量生產(chǎn)。2.3 磨削加工技術(shù)的特點磨削是在磨床上采用磨具、磨料切除工件上多余材料的加工方法，磨削加工技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，是一種常用的半精加工和精加工方法，砂輪是磨削的切削工具，磨削是由砂輪表面大量隨機(jī)分布的磨粒在工件表面進(jìn)行滑擦、刻劃和切削三種作用的綜合結(jié)果。磨削加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)中的重要領(lǐng)域，是現(xiàn)代機(jī)械制造中實現(xiàn)高速加工、精密加工、超精密加工最有效、應(yīng)用最廣泛的基本工藝技術(shù)。磨削加工量占機(jī)械加工總量的30%-40%.高速磨削技術(shù)是磨削工藝本身的革命性躍變，是適應(yīng)現(xiàn)代高科技需要而發(fā)展起來的一項新興綜合技術(shù)，它集現(xiàn)代機(jī)械、電子、光

29、學(xué)、計算機(jī)、液壓、材料及計量等先進(jìn)科技成就于一體。隨著砂輪強(qiáng)度和機(jī)床制造等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，砂輪速度大大提高，目前磨削去除率已超過3000以上，與車、銑、刨等切削加工的去除率相當(dāng)，特別是近幾年，光學(xué)晶體、光學(xué)玻璃、單晶硅、陶瓷燈硬脆材料的應(yīng)用日益廣泛，促進(jìn)了高速磨削技術(shù)的迅猛發(fā)展。國際生產(chǎn)工程學(xué)會(CIRP)已將高速磨削技術(shù)確定為面向21世紀(jì)的中心研究方向之一。砂輪速度高于45m/s的磨削稱為高速磨削6?，F(xiàn)在高速磨削砂輪速度達(dá)60-250m/s,工件進(jìn)給速度為1000-10000m/min.在砂輪速度為60-120m/s內(nèi)，使用普通砂輪，磨削去除率可達(dá)500-1000,在砂輪速度為120-250

30、m/s內(nèi)，使用CBN(立方氮化硼)砂輪，磨削去除率可達(dá)2 000.德國阿亨工業(yè)大學(xué)，進(jìn)行砂輪速度500m/s為目標(biāo)的超高速磨削試驗，對砂輪與磨削工藝技術(shù)進(jìn)行綜合研究。過去認(rèn)為高速磨削工藝不適合于加工大平面或圓柱形表面精加工，主要用于溝槽及缺口件磨削及切入磨削，但日本、德國的研究表明，提高磨削速度可明顯地改善工件磨削質(zhì)量，降低磨削力，獲得較小尺寸誤差及形狀誤差，提高加工精度。日本研發(fā)的超高速(砂輪速度為160-260m/s)外圓磨床，使用CBN砂輪，可獲得圓度誤差為1m,表面粗糙度值R z=1.2m的磨削效果。磨削加工具有以下特點:1)磨削加工的切削速度高，使磨削溫度高。普通外圓磨削時v=35m

31、/s，高速磨削v50m/s。磨削產(chǎn)生的切削熱80%90%傳入工件(10%15%傳入砂輪，1%10%由磨屑帶走)，加上砂輪的導(dǎo)熱性很差，易造成工件表面燒傷和微裂紋。因此，磨削時應(yīng)采用大量的切削液以降低磨削溫度。2)采用磨削加工能獲得高的加工精度和小的表面粗糙度值，磨削加工的精度可達(dá)IT6-IT4，表面粗糙度值可達(dá)Ra0.8-0.02m。由于磨粒在砂輪上是隨機(jī)分布的，在磨削加工過程中，同時參與磨削加工的磨粒數(shù)相當(dāng)多，磨痕軌跡縱橫交錯，使磨削加工容易獲得較小的表面粗糙度。磨削加工不僅可以應(yīng)用于精加工，還可以應(yīng)用于粗磨、荒磨、重載荷磨削。3)磨削加工的背向磨削力大，由于磨粒負(fù)前角很大，且切削刃鈍圓半徑

32、rn較大，導(dǎo)致背向磨削力大于切向磨削力，造成砂輪與工件的接觸寬度較大。會引起工件、夾具及機(jī)床產(chǎn)生彈性變形，影響加工精度。因此，在加工剛性較差的工件時(如磨削細(xì)長軸)，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，防止因工件變形而影響加工精度。4)磨削加工過程中，磨粒有破碎產(chǎn)生較鋒利的新棱角，及磨粒的脫落而露出一層新的鋒利磨粒，能夠部分地恢復(fù)砂輪的切削能力，這種現(xiàn)象叫做砂輪的自銳作用，有利于磨削加工。5)磨削加工除了可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般結(jié)構(gòu)材料外，還能加工一般刀具難以切削的高硬度材料的工件表面，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和玻璃等。但不宜精加工塑性較大的有色金屬工件。綜上分析可知，磨削加工更適于做精加工工作，也可用

33、砂輪磨削帶有不均勻鑄、鍛硬皮的工件；但它不適于加工塑性較大的有色金屬材料（如銅、鋁及其合金），因為這類材料在磨削過程中容易堵塞砂輪，使其失去切削作用。2.4 刨削加工技術(shù)的特點刨削加工是一種在刨床上用刨刀切去工件上的多余材料，使工件符合圖紙要求的加工方法。刨削加工精度一般可達(dá)IT9-IT7級，表面粗糙值為Ra12.5-1.6m。刨削加工的主運動是工件的變速往復(fù)直線運動，刀具的直線間歇運動則是進(jìn)給運動。由于變速時的慣性作用，同時刀具在回程時不切削，使得刨削加工的切削速度難以提高，刨削加工生產(chǎn)率較低，但刨削機(jī)床和刀具的結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，調(diào)整容易，通用性強(qiáng)。刨削主要適用在單件、小批生產(chǎn)中，主要

34、用于加工平面，特別是加工零件的狹長平面，如加工直槽、燕尾槽和T形槽等、如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和增加某些附件，還可以用來加工齒條.齒輪、花鍵和母線為直線的成形面等，刨削加工在維修車間和模具車間應(yīng)用較多。目前，刨削加工已廣泛使用寬刃刀精刨，其切削速度一般為2-5m/min，預(yù)加工余量一般為0.08-0.l2mm，終刨余量0.03-0.05mm，工件發(fā)熱變形小，可使工件獲得較為滿意的加工精度，一般表面粗糙度為Ra0.8-0.25m，直線度約為0.02/1000，使用寬刃精刨刀加工時常采用煤油作切削液。刨削加工機(jī)床主要有牛頭刨床或龍門刨床兩類，牛頭刨床的最大刨削長度一般不超過1000 mm，因此只適于加工

35、中、小型工件、龍門刨床主要用來加上大型工件，或同時加工多個中、小型工件。例如濟(jì)南第二機(jī)床廠生產(chǎn)的B236龍門刨床，最大刨削長度為20m，最大刨削寬度為6.3m。由于龍門刨床剛度較好，而且有24個刀架可同時工作，因此加工精度和生產(chǎn)率均比牛頭刨床高。插床又稱立式牛頭刨床，主要用來加工工件的內(nèi)表面，如鍵槽、花鍵槽等，也可用于加工多邊形孔，如四方孔、六方孔等。特別適于加工盲孔或有障礙臺肩的內(nèi)表面。刨削加工具有以下特點：1)刨刀結(jié)構(gòu)簡單，容易制造；適應(yīng)于不同的加工表面；加工準(zhǔn)備工作比較方便、迅速；既能加工一般小型工件，又可加工較大型的工件等。2)刨削加工通用性好，可加工垂直、水平的平面，還可加工T型槽、

36、V型槽，燕尾槽等。3)刨削加工加工精度不高，IT87，Ra為1.66.3m但在龍門刨床上用寬刀細(xì)刨，Ra為0.40.8m4)刨削加工生產(chǎn)率低，往復(fù)運動，慣性大，限制速度，單次加工，但狹長表面不比銑削低2.5 高速切削技術(shù)的特點高速切削是相對于低速加工而言的，由于不同的加工方式、不同的工件材料有不同的高速切削，因此，高速切削技術(shù)難以以一個確定的速度劃分7。通常將主軸轉(zhuǎn)速在8000r/min, 切削線速度在5007000m/min 以上.或者為普通切削速度的510 倍以上即可視為高速切削。在高速切削技術(shù)的這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，對機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)、進(jìn)給驅(qū)動、刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等都有更特殊的要求。高

37、速切削技術(shù)具有以下特點：1)切削力小由于切削速度高，切屑流出速度加快，切屑流出阻力減少，切削變形減小，從而使切削力比常規(guī)切削降低30%以上，尤其是主軸軸承、刀具、工件受到的徑向切削力大幅度減少，特別適合于加工薄壁類剛性差的工件，如飛機(jī)上的機(jī)翼壁板等。2)材料切除率高高速切削加工中，由于切削速度和進(jìn)給速度都大幅度地提高，工件在單位時間內(nèi)的材料切除率可達(dá)常規(guī)切削的36倍，適用于材料切除率要求大的場合，在航空航天、汽車和模具制造等領(lǐng)域，高速切削技術(shù)已成為加工整體構(gòu)件最理想的制造技術(shù)。荷蘭制造的Unipro-5型五軸立式加工中心(X行程1000 mm、Y行程800mm)，電主軸功率100kW，最高轉(zhuǎn)速

38、25000r/min，最大扭矩90，其銑削鋁合金的材料切除率已達(dá)800010000cm/min。3)工件熱變形小在高速切削時，90%以上的切削熱來不及傳給工件就被高速流出的切屑帶走，工件積累熱量少，工件溫升不會超過3 ，基本保持冷態(tài)，不會由于溫升導(dǎo)致熱變形，特別適合于細(xì)長易熱變的工件。4)可加工難加工材料由于高速切削技術(shù)具有切削力小、刀具磨損小、切屑變形阻力小等特點，高速切削技術(shù)可應(yīng)用于加工高錳鋼、奧氏體不銹鋼、淬硬鋼、耐磨鑄鐵和其它復(fù)合材料等難以加工的工件材料。如，航空制造業(yè)中大量采用的鎳基合金、鈦合金材料強(qiáng)度大、硬度高、耐沖擊、易加工硬化，切削溫度高，刀具磨損嚴(yán)重，在常規(guī)切削中一般采用很低

39、的切削速度。如果采用高速切削，其切削速度可提高到10o1000m/min，不但能大幅度提高機(jī)床生產(chǎn)率，而且能有效減少刀具磨損，提高工件表面加工質(zhì)量。5)工藝系統(tǒng)振動小，可實現(xiàn)高精度、低粗糙度加工在高速切削時，機(jī)床的激振頻率很高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“機(jī)床一刀具一工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍(50300Hz) 8，使得加工過程平穩(wěn)，振動小，可實現(xiàn)高精度、低粗糙度加工。高速切削加工獲得的表面質(zhì)量?？蛇_(dá)磨削水平，因此?？墒∪ャ娤骱蟮木庸すば颍貏e適合用于加工光學(xué)領(lǐng)域的零件。如，瑞士DIXI機(jī)械公司生產(chǎn)的DHP50高精度臥式加工中心，工作臺500500mm，雙托盤，行程為700700700mm，主軸轉(zhuǎn)速為12

40、000r/min，功率為25kw，刀庫容量65把，換刀時間僅為4-6s，定位精度和重復(fù)定位精度分別達(dá)到4m和2m。6)高速干切削可以實現(xiàn)加工過程的綠色制造高速干切削就是在切削加工過程中不使用任何切削液的工藝方法，相對于傳統(tǒng)的濕切削加工技術(shù)而言，從源頭上消除了切削液的使用對外部系統(tǒng)造成的負(fù)面影響，控制了污染，實現(xiàn)了綠色和清潔制造工藝。目前，能實現(xiàn)高速干切削的工件材料有鑄鐵、鋁合金、滾動軸承鋼等。3 切削加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用隨著機(jī)床工業(yè)的飛速發(fā)展，難加工材料日益增多。多功能復(fù)合刀具、智能刀具、高速高效刀具逐漸成為現(xiàn)代制造技術(shù)的關(guān)鍵裝備。切削加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析。3.1 高速切削的發(fā)展及應(yīng)用高

41、速切削加工技術(shù)(HSMT)是目前各項先進(jìn)制造技術(shù)中快速發(fā)展且應(yīng)用前景極為廣闊的一項先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車、航空、航天和模具制造加工行業(yè)。3.1.1 高速切削的定義隨著機(jī)械制造工業(yè)的不斷發(fā)展，難以加工的材料日益增多。高速高效刀具、多功能復(fù)合刀具、智能刀具逐漸成為現(xiàn)代制造技術(shù)的關(guān)鍵裝備。高速切削加工技術(shù)是目前各項先進(jìn)制造技術(shù)中快速發(fā)展且應(yīng)用前景極為廣闊的一項先進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車、航空、航天和模具制造加工行業(yè)9。高速切削概念來源于德國切削物理學(xué)家Carl Salmon的著名切削試驗及其物理引伸。他認(rèn)為一定的工件材料對應(yīng)有一個臨界切削速度，其切削溫度最高。在常規(guī)切削范

42、圍內(nèi)。切削溫度隨著切削速度的增大而提高，但當(dāng)切削速度提高到一定的程度時。切削溫度不但不升高反而會降低。對每一種工件材料都存在一個速度范圍。在該速度范圍內(nèi)。由于切削溫度過高，刀具材料無法承受。即切削加工不可能進(jìn)行，稱該區(qū)為“死谷”。因此，只有越過“死谷”才可用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行高速切削。高速切削是相對于低速加工而言的，由于不同的加工方式、不同的工件材料有不同的高速切削，因此，高速切削技術(shù)難以以一個確定的速度劃分。通常將主軸轉(zhuǎn)速在8000r/min, 切削線速度在5007000m/min 以上.或者為普通切削速度的510 倍以上即可視為高速切削，如當(dāng)切削鋼材的速度達(dá)到380m/min以上 、切削銅材的

43、速度達(dá)到 1000m/min以上、切削鑄的速度達(dá)到700 m/min以上、切削鋁材的速度達(dá)到 1100m/min以上時，都稱為高速切削加工。高速切削加工不僅是一個技術(shù)指標(biāo)，而且是一個經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。也就是說，它不僅僅是一個技術(shù)上可實現(xiàn)的切削速度，而且是一個由此可獲得較大經(jīng)濟(jì)效益的指標(biāo)，沒有經(jīng)濟(jì)效益的高速切削是沒有工程意義的。高速加工技術(shù)是一種比常規(guī)切削加工速度高得多的先進(jìn)制造工藝10。采用高速切削加工技術(shù)不僅可以大幅度提高零件的加工效率、降低加工成本，還可以獲得更高的加工質(zhì)量和加工精度。高速切削加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空 、航天、汽車以及超精密微細(xì)加工等領(lǐng)域，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，一般模具和工具，有6O%的機(jī)

44、加工量可用高速切削加工工藝來完成的。3.1.2 高速切削加工的特點及優(yōu)越性相比常規(guī)的切削加工，高速切削加工的機(jī)理是不同的，其切削速度大大高于常規(guī)切削加工，高速切削加工具有以下特點：1）切削力低由于高速切削速度高，使剪切變形區(qū)變在，剪切角增大，變形系數(shù)減小以及切屑流出速度快，從而使切削變形和切削力降低了約30%-70%左右，特別適合于加工容易熱變形的工件。2）材料切除率高由于機(jī)床進(jìn)給速度較高，相應(yīng)的單位時間內(nèi)的材料切除率可提高約3-5倍，適用于材料切除率要求較大的工件。3）熱變形小高速切削加工過程中，絕大部分的切削熱在極短的時間內(nèi)即被高速流出的切屑帶走，大大減小了工件上殘留的切削熱，使工件的熱變

45、形減少，特別適用于加工易熱變形的工件。4）具有高精度由于高速切削加工具有高轉(zhuǎn)速和高進(jìn)給速度，高速切削加工機(jī)床的諧振頻率大大超過了原來的“機(jī)床-工件-刀具”系統(tǒng)的固有頻率，因此，高速切削加工過程更加平穩(wěn)，振動小，實現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工，適用于加工光學(xué)領(lǐng)域的零部件。5）減少了加工工序高速切削加工可將來常規(guī)加工過程中的粗加工、精加工、手工打磨等加工工序集中在一道工序中完成，從而減少了加工工序。3.1.3 高速切削加工機(jī)床的特點及優(yōu)越性實現(xiàn)高速切削加工最為核心的技術(shù)研發(fā)高性能的高速切削機(jī)床，自1980年代以來，國際上加大了對高速切削機(jī)床的研究投入，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，高速切削加工機(jī)床已經(jīng)普及應(yīng)用，我國

46、每年進(jìn)口的高速切削加工機(jī)床總價值都已達(dá)數(shù)億美元。高速切削加工機(jī)床主要有以下特點和優(yōu)越性。1）具有高速主軸高速切削加工機(jī)床最核心的部件即是高速主軸，目前，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，普遍應(yīng)用的高速切削加工機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速在2000060000r/min，同時正加緊開發(fā)主軸轉(zhuǎn)速100000r/min以上的高速切削加工機(jī)床。如此高的主軸轉(zhuǎn)速，要求機(jī)床主軸和床身良好的剛性，優(yōu)良的吸振特性和隔熱性能，目前僅有高速電主軸能夠達(dá)到，即將機(jī)床主軸與電機(jī)合為一體，以便減少中間傳動環(huán)節(jié)，提高高速切削機(jī)床的穩(wěn)定性和可靠性。此外，高速切削加工機(jī)床一般采用陶瓷軸承、磁力軸承和空氣軸承三種類型的軸承作為主軸軸承，并要配以先進(jìn)的潤滑和散

47、熱技術(shù)，以便提高主軸的負(fù)荷容量，延長主軸的使用壽命。主軸軸承也是直接影響著主軸壽命和負(fù)荷容量的核心部件，2）具有高速進(jìn)給系統(tǒng)目前，高速切削加工機(jī)床的切削進(jìn)給速度為20208m/min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)切削加工機(jī)床。而要實現(xiàn)高速進(jìn)給系統(tǒng)，采用直線電機(jī)驅(qū)動的進(jìn)給系統(tǒng)是高速切削加工機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)。直線電機(jī)具有很高的加速度和減速特性，大大提高了高速切削加工機(jī)床的生產(chǎn)效率、加工精度，同時也對機(jī)床滾珠絲杠、導(dǎo)軌、工作臺結(jié)構(gòu)和伺服控制系統(tǒng)提出了更高的要求。3）采用高速數(shù)控系統(tǒng)為保證高速切削加工具有良好的加工性能，高速切削加工機(jī)床必須采用具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高精度插補(bǔ)運算特性的數(shù)控系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，C

48、PU運算速度大幅度提高，目前，采用open架構(gòu)、建立網(wǎng)絡(luò)化參考資料庫系統(tǒng)、建立CAD/CAM整合模擬系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)化電控模組是高速數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。4）采用高速切削刀具高速切削加工機(jī)床一般采用的高速切削刀具材料主要有聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具等，切削速度一般可以達(dá)到905000m/min，基本滿足了對鋁合金、鈦合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金的高速切削加工要求。由于采用高速切削，為保證高速切削加工機(jī)床的安全性，則必須對切削刀具結(jié)構(gòu)進(jìn)行動平衡，同時，刀柄系統(tǒng)一般選擇采用7:24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)，以便保證自動換刀的重復(fù)精度和刀具的切削剛性。5）采用性能優(yōu)良的溫度控制系統(tǒng)高速

49、切削加工機(jī)床采用的溫度控制系統(tǒng)的主要作用是對主軸電機(jī)、主軸軸承、直線電機(jī)、液壓油箱、電氣柜等進(jìn)行冷卻，同時，還采用低膨脹系數(shù)的鑄鐵作為高速切削加工機(jī)床的主軸箱體，以便減少高速切削加工過程中的熱變形。6）采用其他輔助功能裝置一般情況下，高速切削加工機(jī)床上還采用了刀庫及換刀裝置、溫控系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)和實時監(jiān)控系統(tǒng)、光柵尺測量系統(tǒng)和排屑系統(tǒng)等。3.1.4 高速切削技術(shù)的應(yīng)用高速切削技術(shù)最早應(yīng)用于輕合金加工, 目前已廣泛應(yīng)用于航空、模具、汽車、通用機(jī)械等制造行業(yè)中, 產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益, 并正在向其他應(yīng)用領(lǐng)域拓展。在航空工業(yè)部門, 現(xiàn)代飛機(jī)都采用整體制造加工技術(shù), 要求通過切削加工出高精

50、度、高質(zhì)量的鋁合金或鈦合金構(gòu)件。美國、德國、法國、英國的許多飛機(jī)及發(fā)動機(jī)制造廠已采用高速切削加工來制造航空零部件產(chǎn)品。飛機(jī)工業(yè)通常需要切削加工長鋁合金零件、薄層腹板件、蜂窩結(jié)構(gòu)件等, 直接采用毛坯高速切削加工,可不再采用鉚接等工藝, 從而降低飛機(jī)重量。高速銑削加工可以解決發(fā)動機(jī)葉片難于加工的技術(shù)難題等。高速銑削加工還適用于大部分模具的加工，如鍛模、壓鑄模、注塑與吹塑模等，鍛模腔體較淺，刀具壽命較長；壓鑄模尺寸適中，生產(chǎn)率較高，注塑與吹塑模一般尺寸較小，比較經(jīng)濟(jì)。加工模具的石墨電極和銅電極也非常適用高速銑削；高速銑削也適用于模具的快速原型制造；電子產(chǎn)品中的薄壁結(jié)構(gòu)加工尤其需要高速加工。汽車發(fā)動機(jī)

51、零件也是高速銑削的應(yīng)用領(lǐng)域。此外，高速銑削也可用于原型制造。航空發(fā)動機(jī)上的鎳基合金和鈦合金的材料硬度和強(qiáng)度都很高，切削加工時溫度高，刀具磨損快，屬于難加工材料。使用常規(guī)切削加工方法不僅加工效率低，同時也容易燒傷工件表面。而如果采用高速切削加工，則將原來的加工效率提高到10倍以上，降低了刀具的磨損程度，延長了其使用壽命，改善了工件的加工質(zhì)量。工程上，大多數(shù)模具是由高硬度、耐磨性能好的合金材料制造的，其三維幾何形狀均較復(fù)雜，加工難度較大，使用傳統(tǒng)的加工方法一般要經(jīng)過粗加工、熱處理、磨削加工和手工拋光等工序，以往一般采用電火花加工或成形加工的方式，生產(chǎn)效率極低。若采用高速切削加工模具，使用了高轉(zhuǎn)速和

52、高進(jìn)給量，將粗加工、凈加工工序合為一次完成，并可在工件進(jìn)行熱處理后進(jìn)行加工，大大提高了生產(chǎn)效率，避免了熱處理變形。根據(jù)加工材料的不同和加工方式的不同，高速切削技術(shù)的切削速度范圍也不同。高速切削包括高速銑削，高速車削，高速車銑、高速鉆孔等，其中高速銑削應(yīng)用最為廣泛，目前，高速切削技術(shù)加工鋁合金已達(dá)到2000-7500m/min；鑄鐵為900-5000m/min；鋼為600-3000m/min；耐熱鎳基合金達(dá)500m/min；鈦合150-1000m/min；纖維增強(qiáng)塑料為20009000m/min。隨著制造業(yè)的市場競爭日趨激烈，高速切削技術(shù)是企業(yè)應(yīng)對激烈的市場競爭的關(guān)鍵，滿足企業(yè)大幅度的提高加工質(zhì)

53、量，降低生產(chǎn)成本，提高加工精度的要求，解決了加工硬材料、薄壁件的加工技術(shù)難題。3.2 先進(jìn)刀具技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用隨著制造技術(shù)的全球化趨勢，制造業(yè)的競爭也越來越激烈。在由機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的切削加工工藝系統(tǒng)中，刀具是最活躍的因素。因此在高速加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的今天，近年來，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在致力于開發(fā)與高速、高效、高質(zhì)切削加工相匹配的先進(jìn)切削刀具材料，高性能刀具越來越受到重視并大量取代傳統(tǒng)刀具。雖然高性能刀具與傳統(tǒng)刀具相比價格昂貴，甚至是傳統(tǒng)刀具的10倍，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生產(chǎn)成本。設(shè)計制造高性能刀具的最重要的關(guān)鍵技術(shù)是刀具材料、幾何參數(shù)及其結(jié)構(gòu)等三方面。目前，先

54、進(jìn)刀具發(fā)展迅速，各種專用高性能刀具不斷推陳出新。在刀具材料方面，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具和超硬材料刀具獲得了廣泛運用；在涂層方面，多層梯度復(fù)合涂層和高強(qiáng)度耐熱納米涂層也得到了長足的發(fā)展，并在航空航天、汽車船舶等領(lǐng)域得到應(yīng)用；在刀具結(jié)構(gòu)方面，將朝可轉(zhuǎn)位、多功能、專用復(fù)合刀具和模塊式方向發(fā)展11。3.2.1 最新刀具材料的應(yīng)用與發(fā)展在切削加工過程中，刀具材料的硬度必須比工件的硬度大，同時具有足夠的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和耐熱性12。近年來，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍重視開發(fā)與高速、高效、高質(zhì)切削加工相適應(yīng)的先進(jìn)切削刀具材料，以提高刀具壽命、機(jī)械加工質(zhì)量和效率，降低加工成本。1）新型高速鋼。高速鋼是在鋼材中加入

55、了W、Cr、V、Mo等合金元素的高速合金工具鋼的總稱，高速鋼刀具的刀尖半徑可達(dá)到12-15m，具有強(qiáng)度高、韌性好、鋒利、工藝性好以及熱硬性等優(yōu)點，使其在加工某些難以加工材料時具有較好的應(yīng)用，并適用于制造切齒刀具、立銑刀和拉刀等復(fù)雜刀具。2）新型細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金是一種由難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過粉末冶金工藝制成的合金材料，一般選取WC、TiC等高溫碳化物作為高硬度、難熔的金屬化合物，用鈷或鎳等金屬作為粘結(jié)劑。硬質(zhì)合金具有極高的硬度，其強(qiáng)度、韌性、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性均十分優(yōu)異，特別是在500至1000的高溫環(huán)境下，硬質(zhì)合金仍能保持很高的硬度和耐磨性。硬質(zhì)合金廣泛用作

56、車刀、銑刀、鉆頭、鏜刀等刀具材料，可適用于切削鑄鐵、有色金屬、普通鋼材、不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼、工具鋼、塑料、石墨、化纖、玻璃和石材等材料，其切削效率大約是高速鋼的5-10倍。目前，全球各種牌號的硬質(zhì)合金產(chǎn)量增長極快，但硬質(zhì)合金刀具制造工藝性較復(fù)雜。近年來新研發(fā)的細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金和整體硬質(zhì)合金刀具，通過進(jìn)一步細(xì)化其晶粒粒度補(bǔ)償硬度的降低，其晶粒粒度可達(dá)到0.5m以下，使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度可提高到4.3GPa，同時刀具刃口仍然保持鋒利，可用于制造小規(guī)模鉆頭、絲錐、立銑刀等通用刀具，大幅度提高了切削速度、切削效率和刀具壽命。3）超硬刀具材料超硬刀具的開發(fā)和應(yīng)用開始于1960年代，超

57、硬刀具材料采用了與以往刀具材料完全不同的化學(xué)成分以及硬度形成規(guī)律，典型的超硬刀具材料以人造金剛石和立方氮化硼為代表。立方氮化硼是非金屬的硼化物，晶體結(jié)構(gòu)為面心立方體；而金剛石由碳元素轉(zhuǎn)化而成，一般分為天然金剛石(ND)和人造金剛石，人造金剛石是在高溫、高壓和催化劑作用下，由石墨轉(zhuǎn)化而成的。人造金剛石具有PCD單晶粉，其晶體結(jié)構(gòu)與立方氮化硼相似，他們的硬度極高，天然金剛石的硬度可達(dá)10000HV；立方氮化硼的硬度可達(dá)7500HV。這些超硬刀具具有極高的硬度，優(yōu)良的耐磨性，同時還擁有鋒利的切削刃和優(yōu)異的導(dǎo)熱性，同有色金屬和非金屬材料的親和力很小，能夠適應(yīng)更高的切削速度，在加工過程中不易在刀尖上產(chǎn)生積屑瘤，已成為高速切削的主要刀具材料，可以滿足對難加工材料的切削加工需要，可切削各種淬硬鋼、純鎢、純鉬、工程陶瓷、硬質(zhì)