如何高速高精度孔加工.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除1如何高速高精度孔加工？答：除采用CNC切削方式對(duì)孔進(jìn)行精密加工外，還可采用鏜削和鉸削等方式對(duì)孔進(jìn)行高精度加工。隨著加工中心主軸的高速化，已可采用鏜削工具對(duì)孔進(jìn)行高速精密加工。據(jù)報(bào)道，目前在鋁合金材料上進(jìn)行40mm左右的鏜削加工時(shí)，切削速度已可提高到1500m/min以上。在用CBN燒結(jié)體作切削刃加工鋼材、鑄鐵及高硬度鋼時(shí)，也可采用這樣的切削速度。預(yù)計(jì)，今后鏜削加工的高速化將會(huì)迅速普及推廣。為了實(shí)現(xiàn)鏜削加工的高速化和高精度化，必須注意刀齒振動(dòng)對(duì)加工表面粗糙度和工具壽命的影響。為了防止加工精度和工具壽命下降，所選用的加工中心必須配備動(dòng)平衡性能優(yōu)異的主軸，所選鏜削刀具也必須具有很高的動(dòng)平衡特性。尤其是鏜削工具的刀齒部分，應(yīng)選擇適用于高速切削的幾何形狀、刀具材料及裝卡方式。切削刃端部的R應(yīng)較大，以利于提高加工效率；在保證獲得同等加工表面粗糙度的前提下，應(yīng)加大進(jìn)給量。但加大進(jìn)給量應(yīng)適可而止，否則將增大切削阻力，不利于提高加工效率。切削刃帶應(yīng)設(shè)置0.1mm以下的負(fù)倒棱，這樣可有效保持刀具壽命的穩(wěn)定。至于刀具材料，則視被加工材料性質(zhì)而有所不同。如加工40HRC以下的鋼等材料時(shí)，可選用金屬陶瓷刀具，這種刀具在v=300m/min以上的高速切削條件下，可獲得良好的加工表面粗糙度與較長的刀具壽命。涂層硬質(zhì)合金刀具則適用于對(duì)60HRC以下的鋼材等進(jìn)行高速切削，刀具壽命非常穩(wěn)定，但切削速度稍低于金屬陶瓷刀具。CBN燒結(jié)體刀具適用于加工高硬度鋼、鑄鐵等材料，切削速度可達(dá)1000m/min以上，而且刀具壽命非常穩(wěn)定。CBN刀齒的刃帶部分應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡估馓幚?，這種處理對(duì)進(jìn)行穩(wěn)定的高速切削和延長刀具壽命極為有利。在對(duì)鋁合金等有色金屬及非金屬材料進(jìn)行超高速切削時(shí)，可選用金剛石燒結(jié)體刀具，這種刀具切削穩(wěn)定，刀具壽命也很長。應(yīng)注意的是，使用金剛石刀具時(shí)，刀齒刃帶必須進(jìn)行倒棱處理，這是保證切削穩(wěn)定的重要條件。在鉸削加工方面，目前尚未見到高速、高精度的新型刀具問世，該領(lǐng)域的研究開發(fā)工作似乎處于停滯不前的狀態(tài)。高速鉸刀迄今仍被某些特定的用戶用來進(jìn)行高速高精度孔加工。這種鉸刀帶有負(fù)前角，剛性高，斷屑效果好，在高速切削條件下，可進(jìn)行穩(wěn)定的精密孔加工。該鉸刀的特點(diǎn)是，采用較大的負(fù)前角和奇數(shù)刀齒，其高速切削的速度是過去的鉸刀無法達(dá)到的，因此，可以說此種設(shè)計(jì)對(duì)鉸刀的傳統(tǒng)概念進(jìn)行了大膽的突破，是一種高效率的鉸削刀具。 2數(shù)控加工工藝有何特點(diǎn)？答：數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，不斷發(fā)展和逐步完善起來的一門應(yīng)用技術(shù)，研究的對(duì)象是數(shù)控設(shè)備完成數(shù)控加工全過程相關(guān)的集成化技術(shù)，最直接的研究對(duì)象是與數(shù)控設(shè)備息息相關(guān)的數(shù)控裝置、控制系統(tǒng)、數(shù)控程序及編制方法。數(shù)控加工工藝源于傳統(tǒng)的加工工藝，將傳統(tǒng)的加工工藝、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，它的一個(gè)典型特征是將普通加工工藝完全融入數(shù)控加工工藝中。數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，高質(zhì)量的數(shù)控加工程序，源于周密、細(xì)致的技術(shù)可行性分析、總體工藝規(guī)劃和數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)。編程員接到一個(gè)零件或產(chǎn)品的數(shù)控編程任務(wù)，主要的工作包括根據(jù)零件或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)技術(shù)文件進(jìn)行數(shù)控加工工藝可行性分析，確定完成零件數(shù)控加工的加工方法；選擇數(shù)控機(jī)床的類型和規(guī)格；確定加工坐標(biāo)系、選擇夾具及其輔助工具、選擇刀具和刀具裝夾系統(tǒng)，規(guī)劃數(shù)控加工方案和工藝路線，劃分加工區(qū)域、設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序內(nèi)容，編寫數(shù)控程序，進(jìn)行數(shù)控程序調(diào)試和實(shí)際加工驗(yàn)證，最后對(duì)所有的數(shù)控工藝文件進(jìn)行完善、固化并存檔等方面的內(nèi)容。數(shù)控編程可以簡(jiǎn)單的理解成從零件的設(shè)計(jì)圖開始，直到數(shù)控加工程序編制完成的整個(gè)過程。數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的核心，只有將數(shù)控加工工藝合理、科學(xué)地融入數(shù)控編程中，編程員才能編制出高質(zhì)量和高水平的數(shù)控程序。數(shù)控編程也是逐步完善數(shù)控工藝的過程。普通加工工藝是數(shù)控加工工藝的基礎(chǔ)和技術(shù)保障，由于數(shù)控加工采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械加工過程進(jìn)行自動(dòng)化控制，使得數(shù)控加工工藝具有如下特點(diǎn)。1.數(shù)控加工工藝遠(yuǎn)比普通機(jī)械加工工藝復(fù)雜數(shù)控加工工藝要考慮加工零件的工藝性，加工零件的定位基準(zhǔn)和裝夾方式，也要選擇刀具，制定工藝路線、切削方法及工藝參數(shù)等，而這些在常規(guī)工藝中均可以簡(jiǎn)化處理。因此，數(shù)控加工工藝比普通加工工藝要復(fù)雜得多，影響因素也多，因而有必要對(duì)數(shù)控編程的全過程進(jìn)行綜合分析、合理安排，然后整體完善。相同的數(shù)控加工任務(wù)，可以有多個(gè)數(shù)控工藝方案，既可以選擇以加工部位作為主線安排工藝，也可以選擇以加工刀具作為主線來安排工藝。數(shù)控加工工藝的多樣化是數(shù)控加工工藝的一個(gè)特色，是與傳統(tǒng)加工工藝的顯著區(qū)別。2.數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)要有嚴(yán)密的條理性由于數(shù)控加工的自動(dòng)化程度較高，相對(duì)而言，數(shù)控加工的自適應(yīng)能力就較差。而且數(shù)控加工的影響因素較多，比較復(fù)雜，需要對(duì)數(shù)控加工的全過程深思熟慮，數(shù)控工藝設(shè)計(jì)必須具有很好的條理性，也就是說，數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)過程必須周密、嚴(yán)謹(jǐn)，沒有錯(cuò)誤。3.數(shù)控加工工藝的繼承性較好凡經(jīng)過調(diào)試、校驗(yàn)和試切削過程驗(yàn)證的，并在數(shù)控加工實(shí)踐中證明是好的數(shù)控加工工藝，都可以作為模板，供后續(xù)加工相類似零件調(diào)用，這樣不僅節(jié)約時(shí)間，而且可以保證質(zhì)量。作為模板本身在調(diào)用中也是一個(gè)不斷修改完善的過程，可以達(dá)到逐步標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的效果。因此，數(shù)控工藝具有非常好的繼承性。4.數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證才能指導(dǎo)生產(chǎn)由于數(shù)控加工的自動(dòng)化程度高，安全和質(zhì)量是至關(guān)重要的。數(shù)控加工工藝必須經(jīng)過驗(yàn)證后才能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。在普通機(jī)械加工中，工藝員編寫的工藝文件可以直接下到生產(chǎn)線用于指導(dǎo)生產(chǎn)，一般不需要上述的復(fù)雜過程。3如何加工多頭螺紋？答：在加工多頭螺紋中采用此方法不需要重新調(diào)整刀具或工件，并不需要分別切割每頭螺紋。此刀具非常簡(jiǎn)單。即在刀桿上焊上一相應(yīng)的螺紋梳刀，刀桿安裝在車床上。例如一四頭螺紋，其導(dǎo)程1/4英寸，因此其螺距是每英寸16牙(或1/16英寸)，采用一螺距為1/16英寸的螺紋梳刀，至少要有四個(gè)齒。將此梳刀銅焊在刀桿上，刀桿安裝在車床刀架上，自然拖板進(jìn)給要調(diào)整到0.25英寸/轉(zhuǎn)，每切割一次，四頭螺紋都各加工一次。這里用不著重新進(jìn)行分度，加工時(shí)間為一般加工用時(shí)間的1/4。而且所有四頭螺紋的光潔度和廓形都是一致的。用這種方法可以加工任何頭數(shù)的內(nèi)外螺紋。 4 復(fù)雜工件如何經(jīng)濟(jì)性加工？答：在一種機(jī)床上集成多種加工工藝，可以在一次加工過程中以較短的時(shí)間對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的加工。一種針對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型工件的集軟、硬加工和激光加工于一身的Uni-Cen 504型車銑加工中心被開發(fā)出來。在通常情況下，機(jī)床都是作為專機(jī)針對(duì)性地被使用，在一種設(shè)備上也只采用一種制造工藝。但是，在供貨期縮短和需求量萎縮的情況下，市場(chǎng)卻要求部件越來越復(fù)雜，設(shè)備形式更加靈活。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型部件，特別在高要求下，往往需要在不同的設(shè)備上進(jìn)行多個(gè)步驟的加工：軟加工(車、銑、鉆)、淬火/鍍層、硬加工(車、銑)。使用專用設(shè)備會(huì)導(dǎo)致較長的加工時(shí)間和較大的物流開支。Uni-Cen504復(fù)合型模塊化結(jié)構(gòu)的機(jī)床在復(fù)合型機(jī)床的研發(fā)項(xiàng)目中，針對(duì)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型的復(fù)合機(jī)床被研發(fā)出來，它結(jié)合了多種工藝，并簡(jiǎn)化了加工環(huán)節(jié)。由于項(xiàng)目的各個(gè)合作方在相關(guān)領(lǐng)域里都具有很強(qiáng)的實(shí)力，因此該項(xiàng)目進(jìn)展得很成功：A. Monforts Werkzeugmaschinen公司(機(jī)床)、Laserline公司(激光技術(shù))、Precitec公司(傳感技術(shù))、Exapt公司(CAD/CAM耦合)、Fraunhofer IPT(激光集成、技術(shù)研究)、Sempell公司(儀器儀表制造)。這臺(tái)集傳統(tǒng)的軟切削、激光加工(淬火、鍍層和合金)和硬切削于一身的設(shè)備。在漢諾威EMO 2007展覽會(huì)上展出，它的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的：加工過程(工具交換、傳送和放置時(shí)間)得到縮短，費(fèi)用(物流、設(shè)備使用負(fù)荷)均得到降低，而產(chǎn)品質(zhì)量(整個(gè)流程自動(dòng)進(jìn)行)得到提高。復(fù)合型設(shè)備在供應(yīng)期短和需對(duì)客戶要求作出靈活反應(yīng)的場(chǎng)合最適用：短期內(nèi)對(duì)備品進(jìn)行加工和樣機(jī)制造。對(duì)齒輪的滾銑采用模塊式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為了集成工藝而達(dá)到復(fù)合加工的目的，基于模塊化的設(shè)計(jì)原則，新的Uni-Cen 504型車/銑中心被設(shè)計(jì)出來，它具有：(圖13)(1)主軸和反轉(zhuǎn)軸。(2)上部刀架作為可回旋的電動(dòng)銑軸，在三個(gè)線性軸向上擁有自由度。(3)刀具更換器和刀具庫。(4)下部刀架作為刀具轉(zhuǎn)盤；尾架和后刀架。(5)各設(shè)有一個(gè)前探頭，用于激光鋼化和激光鍍層處理。(6)電動(dòng)銑軸在X、Y、Z和B軸向上均具備自由度，因此可以在任意的位置上做出精確的動(dòng)作。激光加工的前探頭由上部刀架(電動(dòng)銑軸)的HSK支座支撐，從而針對(duì)激光加工作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)完全的自由度。為了增強(qiáng)在切削時(shí)的剛性，可對(duì)B軸進(jìn)行加固和為電動(dòng)銑軸配備剎車制動(dòng)器。所有軸均可進(jìn)行交叉拋光，這樣可以對(duì)非常復(fù)雜的幾何外形進(jìn)行加工。機(jī)床設(shè)有一個(gè)碟形刀庫，可通過所使用刀盤的數(shù)量來管理可刻度化的刀具的數(shù)量。刀具的數(shù)量最大可擴(kuò)展到108件。NC刀具更換器從刀具庫中向電動(dòng)心軸裝配刀具，并以快速檔確保較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間。激光元件設(shè)置于工作間之外由于使用了光學(xué)元件，因此激光技術(shù)對(duì)切削技術(shù)的邊緣條件非常敏感：切屑和冷卻潤滑劑。所以，在不受到外部影響的情況下，復(fù)合型機(jī)床的激光元件和敏感的能源裝置均被設(shè)置于工作間之外。能源裝置置于一個(gè)保護(hù)管內(nèi)，該保護(hù)管同時(shí)還承接拉力載荷。該保護(hù)管的配置可以允許設(shè)備在各個(gè)運(yùn)行方向上的自由度。在激光保護(hù)裝置的安全設(shè)置上，考慮了在切削作業(yè)時(shí)避免設(shè)備操作受限的因素，激光安全盤在切削作業(yè)時(shí)可以被取下。為了在作業(yè)中避免人員受傷，設(shè)備控制系統(tǒng)中的激光防護(hù)裝置的位置接受安全監(jiān)控之下。在復(fù)合型機(jī)床上的切削和激光加工靜態(tài)導(dǎo)向柱無滑動(dòng)定位Monforts公司在復(fù)合型設(shè)備上配置了可靠的靜態(tài)導(dǎo)向柱。這在設(shè)備進(jìn)行硬加工時(shí)特別關(guān)鍵。無磨損、免維護(hù)的導(dǎo)向裝置在工作中不做摩擦接觸，滑動(dòng)現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生，因此在做很小運(yùn)行動(dòng)作時(shí)益處明顯。行程增量即使只有1m，也不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)?？v向的滑靴移動(dòng)非常平穩(wěn)，因此在硬加工時(shí)可以獲得極好的表面特性。鉆孔與導(dǎo)向柱之間的薄油膜可以使設(shè)備達(dá)到很好的阻尼特性。在進(jìn)行激光硬加工時(shí)，對(duì)軸區(qū)域局部受到負(fù)荷的部位(如軸承座、滑鍵槽或楔槽連接處)進(jìn)行馬氏體硬化處理，以降低磨損程度。與其他邊緣鍍層硬化工藝相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能源投入的目標(biāo)準(zhǔn)確、消耗低，后續(xù)的二次加工量得到降低。通過有選擇的硬處理過程，部件在其他部位上無需接受無謂的加工。為了在硬化處理中對(duì)激光光束進(jìn)行導(dǎo)向，使用了一種掃描系統(tǒng)，這樣即可與設(shè)備旋轉(zhuǎn)的C軸一起實(shí)現(xiàn)可調(diào)的軌跡寬度。如果C軸靜止不動(dòng)，則可以通過掃描系統(tǒng)對(duì)工件的任意表面進(jìn)行淬火處理。通過激光鍍層，可以獲得所需的各種不同的表面特性，對(duì)此需要用到低櫧點(diǎn)的輔助材料，如針對(duì)耐磨損和耐腐蝕的防護(hù)處理。激光技術(shù)明顯優(yōu)于其他鍍層工藝，幾何外形也要精確許多。所需的輔助材料以條狀的形式被放到工件上，并由激光進(jìn)行熔化。這種形式的材料優(yōu)于粉末材料，不會(huì)把粉塵帶入到設(shè)備里，從而避免對(duì)設(shè)備元件和功能的不良影響。作為質(zhì)量保證的一種裝置，在鍍層時(shí)也使用了一種激光傳感器，以對(duì)鍍層的精度進(jìn)行檢測(cè)。由于設(shè)備上集成了測(cè)量技術(shù)裝備，因此在加工過程中所出現(xiàn)的次品可立即被識(shí)別，從而避免在后續(xù)的工位上額外產(chǎn)生無謂的費(fèi)用。CAM系統(tǒng)的用戶支持工藝的集成提高了設(shè)備的綜合能力，也對(duì)NC編程和設(shè)備的操作人員提出了更高的要求。一般來說，操作人員只專于一種加工工藝，因此編程工作必須自動(dòng)完成。為了達(dá)到良好的效果，采用了CAD/CAM耦合。這種設(shè)計(jì)工具可涵蓋所有流程，并“從一個(gè)鑄件”制定加工程序。5如何高效高速加工？答：提高生產(chǎn)率是機(jī)械制造領(lǐng)域的永恒課題，也是當(dāng)前機(jī)械制造領(lǐng)域普遍關(guān)注的問題。高速加工是目前獲得高生產(chǎn)率的重要手段，關(guān)鍵在于創(chuàng)造條件，迅速普及。機(jī)械制造領(lǐng)域當(dāng)前發(fā)展的特點(diǎn)是：難切削材料的大量出現(xiàn)使加工難度明顯增加；加工中也提出了許多需要迫切解決的課題，如硬切削；為了保護(hù)環(huán)境，要求少用或不用切削油劑，即實(shí)現(xiàn)干切削或半干切削?？傊瑱C(jī)械制造面臨許多難題，在這樣的情況下，為了提高生產(chǎn)率，必須綜合利用有關(guān)的一切技術(shù)進(jìn)步。特別是航空航天工業(yè)系統(tǒng)，由于難加工材料多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制周期短、單件小批量產(chǎn)品多的特點(diǎn)，如何提高生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期，一直是科技人員長期關(guān)注的重要問題，也是航空航天系統(tǒng)必須抓緊解決的問題。從另一方面看，當(dāng)前科技發(fā)展迅速，如何將新的技術(shù)和工藝移植過來，十分迫切。值得注意的是，當(dāng)今世界，科技發(fā)展迅速，極大地推動(dòng)了機(jī)械制造各個(gè)方面的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了提高生產(chǎn)率的多種方法和手段。眾所周知，單晶天然金剛石刀具的研磨難度很大，一般采用高磷鑄鐵研磨盤，以金剛石粉末作磨料，效率極低。最近日本報(bào)道，采用低含碳量、低導(dǎo)熱率的不銹鋼304(日本的牌號(hào))制造成圓盤，將金剛石壓在4000r/min的回轉(zhuǎn)盤上，溫度控制在800，金剛石的去除率極高，達(dá)到0.94mm3/min，工作時(shí)不使用磨料，而是利用物理、化學(xué)的作用，被稱為熱化學(xué)加工，這是打破常規(guī)的方法；又如最近的快速成型(RP)，可以在沒有模具的情況下成型，省去了模具制造的周期；電火花線切割的切割速度在國內(nèi)的快走絲機(jī)床上可以達(dá)到70mm2/min，瑞士的AGIE公司的機(jī)床可以達(dá)到500mm2/min，而日本三菱電機(jī)的機(jī)床則可達(dá)到550mm2/min，達(dá)到了一般的銑削速度現(xiàn)在開展的高速磨削速度已經(jīng)達(dá)到60、120ms，甚至到200m/s，在實(shí)驗(yàn)室已達(dá)到500m/s，而一般的磨削速度僅為3035m/s。高速磨削是高效磨削方法，其切深淺，走刀速度大；另外一種蠕動(dòng)磨削與高速磨削剛好相反，切深大，走刀速度小，但都是高效磨削，只是切削用量不同，所以有人形象地比喻為“龜兔賽跑”，各有所長。1931年，德國的CarlSalomon提出了有名的預(yù)言：一般切削速度與切削熱是同步增加的，但是經(jīng)過一個(gè)切削不了的死谷后，切削速度即使增加；反而會(huì)出現(xiàn)切削熱下降，今天，鋁的切削速度已經(jīng)達(dá)到了5000m/min，CarlSalomon的預(yù)言將被揭示。綜上所述，都是以提高切削速度作為提高生產(chǎn)率的重要手段，當(dāng)然這不是全部，尚有待開發(fā)。因?yàn)楦咚偌庸ぶ饕w現(xiàn)在銑削方面，所以下面就以機(jī)械加工中心為主進(jìn)行介紹。機(jī)床發(fā)展是高效高速加工的前提條件當(dāng)前由于機(jī)床制造技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械制造領(lǐng)域正在醞釀著巨大的變化。數(shù)控機(jī)床發(fā)展成多軸機(jī)械加工中心，集約各種工序?yàn)橐惑w，明顯地縮短了輔助時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，同時(shí)減少了工件的裝夾次數(shù)，提高了加工精度。綜上所述，當(dāng)前機(jī)床的發(fā)展目標(biāo)應(yīng)是：減少工序的更換，明顯提高效率；趨向于工序集約，易于提高精度；使用復(fù)合刀具、球頭立銑刀等先進(jìn)工具，可提高每單位時(shí)間的切削量；走刀速度加快，切削效率提高；能減少銑削后的打光工序；切削工具、托板的自動(dòng)交換，自動(dòng)化程度高，輔助時(shí)間顯著縮短；由于復(fù)雜零件容易加工，促進(jìn)零件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)等。從航空航天的角度看，普遍認(rèn)為機(jī)床的這種發(fā)展，非常適合于單件小批量生產(chǎn)，所以迅速地、較多地在單件小批量生產(chǎn)系統(tǒng)中充實(shí)了這些裝備，實(shí)踐也表明了自動(dòng)化的設(shè)備是符合航空航天系統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)展的需要的。當(dāng)然，從提高生產(chǎn)率的角度分析，除了自動(dòng)化加工以外，仍然存在著如何更進(jìn)一步、更合理地利用各種技術(shù)進(jìn)步的問題。從機(jī)床的發(fā)展觀察，機(jī)床主軸的高速化顯著地提高了轉(zhuǎn)速，高于10000r/min的機(jī)床已經(jīng)比較普遍。軸承技術(shù)的進(jìn)步，為此提供了可能。主軸的發(fā)展，最突出的是電主軸已經(jīng)商品化。主軸的潤滑技術(shù)十分關(guān)鍵，受到各方面的關(guān)注。多年來，從油脂潤滑發(fā)展到油霧潤滑、油氣潤滑、環(huán)下(under-race)潤滑，甚至冷風(fēng)潤滑等。伴隨著高速主軸的發(fā)展，油脂潤滑已經(jīng)不能適應(yīng)，油霧潤滑由于污染的原因使用也在減少，現(xiàn)在使用最為廣泛的是油氣潤滑，更合理的是環(huán)下潤滑，使關(guān)鍵的內(nèi)環(huán)得到了更好的潤滑。潤滑性能的提高，使?jié)L珠軸承也能承受70000r/min的高轉(zhuǎn)速。美國原來在機(jī)床主軸上采用的是ABEC7級(jí)高精度軸承，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到ABEC9級(jí)，說明軸承的精度提高是必須的。由于材料的發(fā)展，又出現(xiàn)了陶瓷滾珠，使得滾珠軸承的性能更加提高，這也是保證主軸高速化的需要。在提高主軸轉(zhuǎn)速和精度方面，也有采用氣浮靜壓軸承或者液浮靜壓軸承的，而磁力軸承則能達(dá)到更高的水平。幾年前，美國J&L和Ingersoll公司推出了采用直線電機(jī)的高速機(jī)床，引起巨大的反響，在加大走刀速度方面起到了滾珠絲杠達(dá)不到的速度，但是當(dāng)時(shí)因?yàn)槌杀咎?，在具體的應(yīng)用上，較多出現(xiàn)的是加大絲杠的螺距，增加頭數(shù)，或者制造成中空的大直徑絲杠，通以溫控的水，保持適宜的溫度。也有主張采用靜壓絲杠的，但是從性能上仍有比較大的差距，它最高可以達(dá)到加速度11.5g，而直線電機(jī)可以達(dá)到10g以上。后來由于直線電機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步，其成本明顯降低，應(yīng)用明顯增加。現(xiàn)在在電火花機(jī)床上也采用了直線電機(jī)，如日本的SODICK甚至采用3個(gè)直線電機(jī)。只有走刀的高速化，高速加工才能真正得到實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，圍繞高速加工仍有一系列的技術(shù)需要解決，例如，托板交換、工具交換的速度也要增大。德國的DIGMA、CHIRON、STAMA，日本的大隈，瑞土的MIKRON等公司都是世界上有名的高速機(jī)床制造商。CHIRON的小型機(jī)械加工中心的工具交換時(shí)間已經(jīng)達(dá)到0.5s。同時(shí)也要求提高主軸的加減速度，使主軸能在極短的時(shí)間里停止或者達(dá)到最高速，現(xiàn)在已經(jīng)可以達(dá)到2s左右。為了滿足高效率加工的需要，機(jī)床的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、抗振性等都接受了挑戰(zhàn)，所以從設(shè)計(jì)方面采用了CAD方法，預(yù)先打好基礎(chǔ)；特別是在結(jié)構(gòu)材料上有了比較明顯的變化，出現(xiàn)了石質(zhì)材料取代傳統(tǒng)的鑄鐵和鋼的方法，如采用花崗巖、陶瓷、人造花崗巖、人造大理石等。在超精密機(jī)床上還有采用零膨脹系數(shù)的微晶玻璃(德國稱為Zerodur，日本稱為玻璃陶瓷)的。近幾十年來，機(jī)床為了適應(yīng)生產(chǎn)率的發(fā)展要求，在結(jié)構(gòu)材料方面發(fā)生了很大的變化，機(jī)床的性能有了長足的進(jìn)步。我國較早研制成功人造花崗巖，在花崗巖的應(yīng)用上已經(jīng)有比較長的歷史。德國DIGMA公司的高速機(jī)床結(jié)構(gòu)材料就采用了復(fù)合聚合物混凝土，提高了機(jī)床的剛度，具有振動(dòng)衰減性優(yōu)越(為鑄件的1/61/8)、低熱變形(為鑄件的1/251/40)的特點(diǎn)。近年來機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、復(fù)合化、多功能化、高精度化的趨勢(shì)比較明顯，機(jī)械制造領(lǐng)域的主旋律則是提高生產(chǎn)率。例如DMG公司展示的激光銑削機(jī)械中心，將不同的工種集約在一臺(tái)機(jī)床上；為了更好地解決排屑的問題，德國的EMAG公司研制了倒置機(jī)械加工中心；當(dāng)前比較多的公司提供了5軸機(jī)械加工中心；特別是虛擬機(jī)床的出現(xiàn)，從機(jī)床的設(shè)計(jì)上發(fā)生了較大的變化，現(xiàn)在它依舊在發(fā)展之中。切削工具性能的提高為高效高速加工發(fā)展提供了可能性如果需要達(dá)到高效高速加工，切削工具是另外一個(gè)重要的因素。當(dāng)前切削工具材料的發(fā)展，對(duì)加工的需要?jiǎng)?chuàng)造了比較好的條件，除了高速鋼、硬質(zhì)合金以外，陶瓷、金屬陶瓷、超硬材料的發(fā)展起到了重要的作用。特別是陶瓷、超硬材料，對(duì)高效高速加工的發(fā)展提供了有力的支持。更值得提及的是，1955年美國GE公司用高溫、高壓合成超硬材料取得成功，促使切削領(lǐng)域發(fā)生了重大變化。在這個(gè)基礎(chǔ)上，很快出現(xiàn)了PCD、PCBN，為難加工材料的切削、干切削、硬切削、超精密切削等的加工創(chuàng)造了條件。在切削加工的另一個(gè)方面，就是表面技術(shù)在切削工具上的應(yīng)用，PVD(物理氣相沉積)、CVD(化學(xué)氣相沉積)不斷推陳出新，由單層發(fā)展成多層、千層、復(fù)合涂層，現(xiàn)在又發(fā)展成納米涂層；涂層的材料，從TiN發(fā)展為A12O3、TiC、ZrO2、等，根據(jù)加工的要求，為提高耐高溫的性能，又發(fā)展了TiCN、TiAlN、TiSiN、CrSiN等。為了減少摩擦力，采用軟涂層，如沉積MoS2，又如德國Guehring公司采用的Molyglide，這種涂層就是以MoS2為主的，它能減少切削中的摩擦系數(shù)。當(dāng)然這要根據(jù)被加工件的特點(diǎn)，分別地應(yīng)用在所需的加工上?，F(xiàn)在涂層技術(shù)又發(fā)展到了超硬涂層(類金剛石、金剛石、立方氮化硼)，更使切削加工的范圍拓寬。特別值得提到的是薄膜涂層發(fā)展成為厚膜，它不同于天然金剛石，具有各向同性，現(xiàn)在已經(jīng)在國內(nèi)外得到應(yīng)用，部分取代了天然金剛石?，F(xiàn)在也已經(jīng)解決了大顆粒單晶金剛石的合成技術(shù)，這些變化對(duì)我國的影響非常深遠(yuǎn)，我國已經(jīng)是世界合成金剛石產(chǎn)量最多的國家，這有利于我國發(fā)展高效加工技術(shù)。為了適應(yīng)高效高速加工，輔助工具也是十分重要的手段，例如原來的組合夾具在機(jī)械加工中心的應(yīng)用中，為了提高其強(qiáng)度，已經(jīng)從槽系發(fā)展成為孔系。目前比較典型的是EROWA和3R組合工具的應(yīng)用，已經(jīng)從電加工，發(fā)展到機(jī)械加工中心上，不僅加快了節(jié)奏，更重要的是達(dá)到了高精度，這些工具從原來的模具電加工發(fā)展到了切削加工領(lǐng)域。在帶柄的切削工具方面所需的刀柄，也在配合高效率、高精度切削加工的過程中發(fā)展了新型的結(jié)構(gòu)，例如液壓的、塑料的，現(xiàn)在又廣泛采用熱裝的刀柄，其夾緊的精度明顯提高，達(dá)到23m?，F(xiàn)在這種裝置已經(jīng)成熟，例如德國的ZOLLER公司已經(jīng)將這樣的裝置直接安裝在對(duì)刀儀上，說明此項(xiàng)技術(shù)又向前推進(jìn)了一步。工具的進(jìn)步為高效加工提供了有力的支持。為高效高速加工的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件眾所周知，航空航天工業(yè)從產(chǎn)量的角度看屬于多品種小批量生產(chǎn)，因此認(rèn)為與自動(dòng)化加工關(guān)系比較少，往往不采用自動(dòng)化的裝備。自從NC機(jī)床出現(xiàn)以后，特別是各種機(jī)械加工中心誕生后，人們的觀念開始發(fā)生微妙的變化。自從引進(jìn)為數(shù)不少的機(jī)械加工中心以后，經(jīng)過一二十年的實(shí)踐，小批量零件的加工自動(dòng)化不僅發(fā)揮了重要的作用，而且在周期、質(zhì)量上都有明顯的提高，工裝的數(shù)量也顯著減少，特別在工序多、周期長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體零件的加工方面，更顯示出中心的優(yōu)越性。值得考慮的一個(gè)問題是怎樣利用高速加工為高效加工服務(wù)。最近，在世界各大展覽會(huì)上展示的設(shè)備更多強(qiáng)調(diào)的是高效率，在這個(gè)基礎(chǔ)上，又強(qiáng)調(diào)利用高速加工，也就是說，要綜合利用技術(shù)的進(jìn)步。展示的機(jī)械加工中心大部分主軸的轉(zhuǎn)速為20000r/min左右。這也許就是當(dāng)前的主旋律高效高速加工。為了實(shí)現(xiàn)高效高速加工，必須考慮到各個(gè)方面，例如機(jī)床、工具的合理選擇；切削用量的恰當(dāng)使用；高速主軸保養(yǎng)；安全防護(hù)及切屑的及時(shí)清理等。在這些方面，還需要進(jìn)一步探討。以機(jī)床為例，應(yīng)當(dāng)采用高速、大功率的主軸；機(jī)床有足夠剛度、強(qiáng)度；刀柄必須選擇與機(jī)床主軸的錐體和端面接觸，以防止在高速回轉(zhuǎn)時(shí)松動(dòng)；在防護(hù)方面，必須防止切屑的飛濺；切削油劑必須能注入到切削點(diǎn)上，特別在高速磨削時(shí)，為了防止工件燒傷，噴嘴的設(shè)計(jì)特別重要，日本明治大學(xué)的橫川和彥發(fā)表了許多意見，值得參考；由于高速切削的切屑量大，所以切屑必須及時(shí)地排除等。以切削工具為例，當(dāng)前涂層發(fā)展非?？欤槍?duì)加工的對(duì)象選擇是必要的；為了提高加工表面的質(zhì)量，采用球頭銑刀是合適的，由于其中心的切削速度為零，所以使用時(shí)可將立銑刀傾斜一個(gè)角度為了改善立銑刀引起的銑削顫振，采用帶圓角銑刀，這是最近的發(fā)展趨勢(shì)；為了改善冷卻效果采用帶油孔的工具；為了防止立銑刀的振動(dòng)，將刀槽作成不等分或者不同的螺旋槽；在高速切削時(shí)，銑刀刀盤采用鋁合金，切斷刀的刀把往往強(qiáng)度差，所以日本住友公司提出采用硬質(zhì)合金，為了解決切屑的處理，采用合適的斷屑刀片；在加工深孔時(shí)候，采用新型刀槽鉆頭，如Geuhring公司RT系列的鉆頭，其芯厚加大，提高了剛度，容屑槽加寬，切屑易于排出，所以有利于深孔加工；在機(jī)械加工中心上，必須采用數(shù)控刀具，這個(gè)認(rèn)識(shí)是一致的，但是價(jià)格提高了?，F(xiàn)在復(fù)合刀具的大量出現(xiàn)，不僅可以提高效率，而且減少了刀具的件數(shù)，ISCAR的車刀是最典型的。切削工具的復(fù)合化明顯減少了換刀的次數(shù)和時(shí)間，機(jī)床的刀庫變小，也必然提高了效率。從目前情況看，有的單位已引進(jìn)數(shù)千臺(tái)的新型自動(dòng)化機(jī)床，但是主軸轉(zhuǎn)速大于10000r/min的很少，其原因是，對(duì)高速加工存在一種疑慮。根據(jù)德國DMG公司的介紹，該公司提供的高速主軸的壽命是2年，關(guān)鍵是如何合理應(yīng)用的問題。在探討引進(jìn)設(shè)備的時(shí)候，幾乎都希望引進(jìn)高速的設(shè)備，這也反映出技術(shù)人員的心態(tài)。Mikron公司認(rèn)為高性能切削現(xiàn)在沒有嚴(yán)格的定義，然而，在實(shí)際應(yīng)用中，雖然高速切削與高性能切削這兩種銑削方法都屬于高性能切削工藝的范疇之內(nèi)，但高速切削在大多數(shù)情況下，與高性能切削有著明顯的不同。高速切削只是高性能切削的一個(gè)方面而已，而高性能切削關(guān)注的另一個(gè)要素則是金屬去除率，這是我們引進(jìn)設(shè)備時(shí)需要考慮的問題。6難加工材料切削刀片如何正確選用？答：目前，各種難加工材料如淬硬鋼、超硬燒結(jié)金屬、耐熱超級(jí)合金、雙金屬材料等已日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)零件的制造。雖然用此類材料制造的零件可獲得優(yōu)異的使用性能，但同時(shí)也帶來了一個(gè)難題：如何以合理的每件加工成本實(shí)現(xiàn)零件的最終成形加工。值得慶幸的是，如今刀具供應(yīng)商已成功開發(fā)出了各種用于銑削、車削加工難加工材料的新型切削刀片，如涂層硬質(zhì)合金刀片、金屬陶瓷刀片、CBN刀片、PCD刀片等。這些新型材料刀片采用了特殊的幾何形狀和表面涂層，具有優(yōu)異的耐磨損性能，并可承受加工過程中的機(jī)械沖擊和熱沖擊。但是，如何在生產(chǎn)中合理、有效地使用這些切削刀片，還需要與掌握專業(yè)知識(shí)的刀具供應(yīng)商密切配合。由于切削刀片的成本相對(duì)較低(一般硬質(zhì)合金刀片的成本僅占加工總成本的3%，CBN刀片占加工總成本的5%6%)，因此，為節(jié)約加工成本而一味選用較便宜的刀片實(shí)際上可能并不劃算。新型材料刀片雖然價(jià)格較貴，但可以縮短加工時(shí)間，延長刀具壽命，提高產(chǎn)品質(zhì)量，因此可能具有更好的經(jīng)濟(jì)性。另一方面，脫離實(shí)際加工需要而盲目選用新型材料刀片，也可能增大加工成本(CBN刀片的價(jià)格可達(dá)硬質(zhì)合金刀片的810倍)。此外，使用新型材料刀片時(shí)，如采用不正確的切削速度和進(jìn)給率，也會(huì)影響工件加工質(zhì)量和刀具使用壽命。因此，選用難加工材料切削刀片時(shí)需要正確評(píng)估加工的經(jīng)濟(jì)性和綜合考慮整個(gè)加工工藝過程。CBN刀片經(jīng)過了強(qiáng)化和鈍化處理，在切削硬度50HRC的工件材料時(shí)可有效避免崩刃現(xiàn)象加工經(jīng)濟(jì)性的綜合權(quán)衡選擇切削刀片時(shí)，需要對(duì)整個(gè)加工任務(wù)進(jìn)行評(píng)估。在可以滿足工件尺寸精度和表面光潔度要求，并考慮了加工時(shí)間和刀片更換的前提下，選用價(jià)格相對(duì)較低的硬質(zhì)合金刀片可以實(shí)現(xiàn)較好的加工經(jīng)濟(jì)性。通過準(zhǔn)確了解和綜合權(quán)衡生產(chǎn)批量、加工時(shí)間和刀片性能，就能合理選用切削刀片，達(dá)到提高生產(chǎn)率的加工效果。以銑削加工材質(zhì)為燒結(jié)碳化鈦的燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片為例，當(dāng)工件批量較小時(shí)，選用涂層硬質(zhì)合金刀片也可獲得較好的加工效果。在35m/min的切削速度下，硬質(zhì)合金刀片的切削刃壽命僅為510分鐘，而大批量加工難加工材料工件的合理刀片壽命一般要求達(dá)到1530分鐘。在小批量加工中，較短的刀片壽命和較頻繁的更換刀片對(duì)生產(chǎn)率的影響并不明顯；但在大批量滿負(fù)荷加工中，較長的刀片壽命對(duì)于減少換刀輔助時(shí)間、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高機(jī)床利用率和生產(chǎn)能力則具有至關(guān)重要的意義。因此，當(dāng)渦輪機(jī)葉片的加工批量較大時(shí)，選用硬度更高、價(jià)格較貴的CBN刀片可能更為合理。為了充分發(fā)揮先進(jìn)材料刀片的切削性能，還需要選用正確的進(jìn)給率和切削速度。以Sandvik Coromant公司的CBN刀片為例，該刀片的切削刃經(jīng)過了強(qiáng)化和鈍化處理，在切削硬度50HRC的工件材料時(shí)可有效避免崩刃現(xiàn)象。盡管CBN刀片韌性極佳，但對(duì)切削參數(shù)的選取仍十分嚴(yán)格，如所選切削速度高于或低于理想值的10%，則可能大大降低刀片的切削性能。為了實(shí)施難加工材料的切削加工，可考慮向?qū)I(yè)刀具供應(yīng)商尋求技術(shù)支持，刀具供應(yīng)商可基于其它相同的加工實(shí)例提供合理的解決方案。在需要進(jìn)行切削試驗(yàn)時(shí)，通?？刹捎迷囧e(cuò)(trial-and-error)方式，即首先用硬質(zhì)合金刀片進(jìn)行切削，然后換用新型材料刀片進(jìn)行對(duì)比切削，比較不同刀片的加工效果。采用先進(jìn)的刀片形狀、高剛性刀柄和優(yōu)化加工程序，通常可使價(jià)格較低的硬質(zhì)合金刀片適合于難加工材料的切削。是否需要換用新型材料刀片，則應(yīng)根據(jù)具體的加工任務(wù)及加工條件而定。對(duì)于同一大類的難加工材料，通常在切削刀片的選用上具有一定共性。淬硬鋼的切削加工目前，許多合金鋼工件對(duì)硬度的要求越來越高。過去，工具鋼的應(yīng)用硬度通常為45HRC，而現(xiàn)在模具工業(yè)使用的工具鋼已普遍要求淬硬到63HRC。為了避免熱處理變形，需要對(duì)一些過去只能在熱處理之前進(jìn)行切削加工的模具實(shí)施完全淬硬狀態(tài)下的精密銑削加工。在銑削完全淬硬鋼時(shí)，產(chǎn)生的切削熱和切削壓力可能引起切削刀片的塑性變形并使刀片迅速失效。如銑削硬度為60HRC的淬硬鋼(材料中的碳化物顆粒硬度可達(dá)90HRC)時(shí)，普通的涂層硬質(zhì)合金刀片將發(fā)生后刀面快速磨損。銑削硬度為60HRC的淬硬鋼(材料中的碳化物顆粒硬度可達(dá)90HRC)時(shí)，普通的涂層硬質(zhì)合金刀片將發(fā)生后刀面快速磨損雖然淬硬鋼不易切削，但采用硬質(zhì)合金刀片仍可實(shí)現(xiàn)對(duì)完全淬硬鋼工件的經(jīng)濟(jì)性加工。以航空零部件的加工為例，某大型飛機(jī)制造企業(yè)用Sandvik公司的GC1025硬質(zhì)合金刀片替換原來使用的金屬陶瓷刀片后，成功完成了對(duì)材料為淬硬的3000M鋼(4340變質(zhì)處理)的大尺寸鍛件的二次孔加工。被加工孔的大部分加工余量已在熱處理之前(材料硬度3032HRC)切除，但為了修正熱處理變形，這種大尺寸工件上的精密孔必須在工件完全淬硬后(硬度達(dá)5455HRC)進(jìn)行二次切削加工。由于被加工孔位于工件深處，特殊的工件形貌使加工相當(dāng)困難，因此需要經(jīng)過三次走刀切削才能達(dá)到要求的尺寸精度和表面光潔度。高硬度的材料加上斷續(xù)切削方式，使原來使用的金屬陶瓷刀片還未完成一次走刀其切削刃即崩損失效，而崩壞的刀片可能造成工件報(bào)廢的危險(xiǎn)。換用經(jīng)PVD涂層的細(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀片后，刀具的韌性和鋒銳性顯著提高，可以順利完成69次走刀切削。換用硬質(zhì)合金刀片后，刀具供應(yīng)商推薦將切削速度從原來的90m/min降低到53m/min，但切削深度保持不變。切削速度降低后，硬質(zhì)合金刀片完成對(duì)孔的三次走刀切削需時(shí)約20分鐘，而原來使用金屬陶瓷刀具加工則需要一個(gè)多小時(shí)。更為重要的是增強(qiáng)了硬質(zhì)合金刀片切削刃的安全性，大大減少了因刀具崩刃導(dǎo)致昂貴工件報(bào)廢的危險(xiǎn)。為了獲得硬質(zhì)合金刀片銑削淬硬鋼的合理切削參數(shù)，可進(jìn)行刀具切削試驗(yàn)。試切時(shí)，切削速度的選取通?？蓮?0m/min起，直至增加到4555m/min；進(jìn)給率通常為0.0750.1mm/每齒。一般來說，采用零前角或小負(fù)前角的刀片形狀比采用正前角的刀片形狀強(qiáng)度更高。加工淬硬鋼時(shí)，采用圓形硬質(zhì)合金刀片也較為有利，因?yàn)閳A形刀片強(qiáng)度較高，且外形圓鈍的切削刃不易發(fā)生破損。選擇硬質(zhì)合金刀片牌號(hào)時(shí)，可考慮選用高韌性牌號(hào)。此類牌號(hào)刀片的切削刃安全性較好，可承受切削淬硬鋼時(shí)較大的徑向切削力和劇烈的切入、切出沖擊。此外，特殊設(shè)計(jì)的高溫硬質(zhì)合金牌號(hào)可以承受切削淬硬鋼(HRC60)時(shí)產(chǎn)生的大量切削熱。帶氧化鋁涂層的抗沖擊硬質(zhì)合金刀片也能抗擊銑削淬硬鋼時(shí)產(chǎn)生的高溫。粉末合金的切削加工隨著粉末冶金技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用于不同領(lǐng)域的各種超硬燒結(jié)金屬(粉末合金)材料層出不窮。如某制造商開發(fā)了一種包含碳化鎢(WC)或碳化鈦(TiC)顆粒的復(fù)合型粉末鎳合金，其硬度達(dá)到5360HRC，鎳合金基體中的碳化物顆粒硬度可達(dá)90HRC。銑削加工這種材料時(shí)，涂層硬質(zhì)合金刀片很快會(huì)發(fā)生后刀面磨損，主切削刃被磨損為扁平狀；材料微觀結(jié)構(gòu)中存在的超硬顆粒會(huì)引起“微振顫”，導(dǎo)致刀片加速磨損；切削工件時(shí)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力還可能造成硬質(zhì)合金刀片碎裂。采用CBN刀片則可較好解決含碳化鎢和碳化鈦顆粒的硬質(zhì)粉末合金材料的切削加工問題。改進(jìn)的刀片幾何形狀可以有效克服“微振顫”現(xiàn)象。某用戶銑削加工復(fù)合型粉末合金工件時(shí)發(fā)現(xiàn)，新型CBN刀片的加工壽命比最好的硬質(zhì)合金刀片提高了2000倍以上。切削試驗(yàn)表明，用安裝了5個(gè)CBN刀片的面銑刀切削加工硬質(zhì)粉末合金材料(切削速度60m/min，進(jìn)給率0.18mm/每刃)，其加工效率可比放電加工(線切割)提高75%。為了充分發(fā)揮CBN刀片的最佳性能，必須將切削參數(shù)嚴(yán)格控制在合理范圍內(nèi)。雖然50m/min左右的切削速度和0.10.15mm/每齒的進(jìn)給率顯得并不高，但在加工粉末合金材料時(shí)卻能獲得很高的生產(chǎn)率。通過3060秒鐘的試切，可以準(zhǔn)確地確定最佳切削參數(shù)。試切時(shí)，可從低速切削開始，逐漸增大切削速度，直至刀片切削刃出現(xiàn)過度磨損為止。加工難加工材料時(shí)，為了使刀片切削刃溫度保持恒定，一般應(yīng)采用干式切削。在大多數(shù)情況下，具有雙負(fù)角幾何形狀的圓形刀具加工效果最好，且切削深度通常應(yīng)控制在12mm。銑削屬于斷續(xù)切削。加工時(shí)，硬度達(dá)60HRC或更高的工件材料對(duì)刀具持續(xù)不斷的沖擊將造成巨大的加工應(yīng)力。因此，為了在銑削加工中提供足夠高的抗沖擊能力，要求加工機(jī)床和工具系統(tǒng)必須具有最高的剛性、最小的懸伸長度和最大的強(qiáng)度。耐熱超級(jí)合金的切削加工為航空航天工業(yè)開發(fā)的耐熱超級(jí)合金(HRSAs)現(xiàn)在正越來越廣泛地應(yīng)用于汽車、醫(yī)療、半導(dǎo)體、發(fā)電設(shè)備等行業(yè)。除了常見的耐熱超級(jí)合金牌號(hào)(如Inconel 718/625、Waspalloy、6A14V鈦合金等)以外，現(xiàn)在又開發(fā)出了多種新型鈦基合金和鋁/鎂基合金牌號(hào)。所有的耐熱超級(jí)合金均屬于難加工材料范疇。超級(jí)合金的硬度很高，某些鈦合金牌號(hào)的加工硬度達(dá)到330HB。對(duì)于普通合金而言，當(dāng)切削區(qū)溫度高于1100時(shí)，材料中的分子結(jié)合鏈就會(huì)發(fā)生軟化，并出現(xiàn)有利于成屑的流動(dòng)區(qū)。反之，耐熱超級(jí)合金優(yōu)良的抗高溫性能使其在切削加工全過程中均保持高硬度。耐熱超級(jí)合金被切削時(shí)還具有冷作硬化傾向，很容易造成切削刀片過早崩刃失效。切削時(shí)，工件的被切表面會(huì)生成耐磨的冷硬鱗屑層，使刀片切削刃快速磨損。加工淬硬鋼時(shí)，采用圓形硬質(zhì)合金刀片也較為有利，因?yàn)閳A形強(qiáng)度較高，切削刃不易發(fā)生破損鑒于超級(jí)合金的難加工特性，加工時(shí)通常采用較低的切削速度。例如，用Sandvik GC2040牌號(hào)硬質(zhì)合金刀片銑削超級(jí)合金Inconel 718材質(zhì)剎車鍵的切削速度為60m/min；用Sandvik 7020 CBN刀片對(duì)Inconel 718進(jìn)行外圓/端面車削的切削速度為80m/min。與此對(duì)比，用未涂層硬質(zhì)合金刀片切削工具鋼的切削速度一般可達(dá)120240m/min。切削超級(jí)合金時(shí)的進(jìn)給量通常與切削工具鋼的進(jìn)給量相當(dāng)。加工超級(jí)合金時(shí)，切削刀片的選擇主要取決于被加工材料和工件類型。為了提高加工效率，加工薄壁工件時(shí)可選用具有正前角切削刃的硬質(zhì)合金刀片，而加工厚壁工件時(shí)則需要選用具有負(fù)前角切削刃的陶瓷刀片，以增強(qiáng)刀片切削時(shí)的“耕犁”作用。對(duì)于大多數(shù)難加工材料，應(yīng)首選干式切削，以保持刀片切削刃溫度恒定。但在加工鈦合金時(shí)，即使切削速度很低，也必須使用冷卻液。由于耐熱超級(jí)合金在切削過程中始終保持高硬度，因此會(huì)加速切削刀片端部倒圓的磨損。采用切削刃圓鈍的圓形刀片可大大提高切削刃的強(qiáng)度，但超級(jí)合金的冷作硬化傾向會(huì)導(dǎo)致刀片崩刃現(xiàn)象加劇。通過在連續(xù)多次走刀時(shí)改變切削深度，可使刀片避開工件表面形成的冷作硬化層，從而減少刀片崩刃，延長切削刃的工作壽命。一次走刀的切深變化量可為7.6mm，后序切削的切深變化量可為3.2mm和2.5mm。雙金屬材料的切削加工雙金屬材料的構(gòu)成是將較硬的材料置于選定的易磨損部位，然后在周圍環(huán)繞(或混合)其它較軟的合金材料。雙金屬材料在汽車工業(yè)及其它行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)也帶來了特殊的加工難題。CBN刀片可以高效切削硬度大于50HRC的硬合金，但在切削雙金屬材料中的軟合金時(shí)卻可能發(fā)生碎裂。PCD刀片能夠切削加工耐磨鋁合金，但在切削鐵族金屬材料時(shí)則容易發(fā)生過度磨損。為了實(shí)現(xiàn)雙金屬材料的高效加工，需要用戶、刀具供應(yīng)商和機(jī)床制造商共同開發(fā)精確的切削加工程序。例如，某種雙金屬材料是將高硬度的復(fù)合型粉末合金通過熱均衡壓制工藝嵌入價(jià)格便宜的316不銹鋼基體中制成。加工時(shí)，需要編制螺旋插補(bǔ)刀軌程序并輸入機(jī)床控制系統(tǒng)，以優(yōu)化的進(jìn)給量和切削速度首先加工粉末合金材料部位，然后再加工基體部分。為了高效加工由鋁合金和鑄鐵氣缸墊組合構(gòu)成的雙金屬氣缸體，汽車制造商必須同時(shí)克服鋁合金的耐磨性和鑄鐵的高硬度。由于較硬的鑄鐵氣缸墊(易磨損部位)與較軟的鋁合金缸體難以隔離，因此不宜采用分別加工方式。但是，通過合理編制機(jī)床加工程序，采用極低的切削速度和極小的切削深度，可使耐磨損PCD刀片能夠同時(shí)加工鋁合金和鑄鐵兩種材料，從而避免了在加工過程中頻繁換刀。7復(fù)合材料的常規(guī)機(jī)械加工方法？答：一、鋸切玻璃纖維增強(qiáng)熱固性基體層壓板，采用手鋸或圓鋸切割。熱塑性復(fù)合材料采用帶鋸和圓鋸等常用工具時(shí)要加冷卻劑。石墨環(huán)氧復(fù)合材料最好用鑲有硬質(zhì)合金的刀具切割。鋸切時(shí)控制鋸子力度對(duì)保證鋸面質(zhì)量至關(guān)重要。雖然鋸切溫度也是一種要控制的因素，但一般影響不大，因鋸切時(shí)碰到的最高溫度一般不會(huì)超過環(huán)氧樹脂的軟化溫度(182)。金屬基復(fù)合材料可用鑲有金剛石的線鋸鋸切，不過其切割速度較慢，而且只能作直線鋸切。采用金剛石砂輪對(duì)陶瓷基復(fù)合材料進(jìn)行常規(guī)鋸切，可有兩種速度：一種是250r/min，另一種是4000r/min。這種鋸切會(huì)使切割面的陶瓷基復(fù)合材料有相當(dāng)大的損壞。不過在較高鋸切速度時(shí)，損壞雖大，但斷面較為均勻。二、鉆孔和仿形銑在復(fù)合材料上鉆孔或作仿形銑時(shí)，一般采用干法。大多數(shù)熱固性復(fù)合材料層合板經(jīng)鉆孔和仿形銑后會(huì)產(chǎn)生收縮，因此精加工時(shí)要考慮一定的余量，即鉆頭或仿形銑刀尺寸要略大于孔徑尺寸，并用碳化鎢或金剛石鉆頭或仿形銑刀。鉆孔時(shí)最好用墊板墊好，以免邊緣分層和外層撕裂。另外鉆頭必須保持鋒利，必須采用快速除去鉆屑和使工件溫升最小的工藝。熱塑性復(fù)合材料鉆孔時(shí)，更要避免過熱和鉆屑的堆積，為此鉆頭應(yīng)有特定螺旋角，有寬而光滑的退屑槽，鉆頭錐尖要用特殊材料制造。一般鉆頭刃磨后的螺旋角約為10-15，后角為9-20，鉆頭錐角為60-120。采用的鉆速不僅與被鉆材料有關(guān)，而且還與鉆孔大小和鉆孔深度有關(guān)。一般手電鉆轉(zhuǎn)速為900r/min時(shí)效果最佳，而固定式風(fēng)鉆則在轉(zhuǎn)速為2100r/min和進(jìn)給量為1.3mm/s時(shí)效果最佳。三、銑削、切割、車削和磨削聚合物基復(fù)合材料用常規(guī)普通車床或臺(tái)式車床就可方便地進(jìn)行車削、鏜削和切割。目前加工刀具常用高速鋼、碳化鎢和金剛石刀頭。采用砂磨或磨削可加工出高精度的聚合物基復(fù)合材料零部件。最常用的是粒度為30-240的砂帶或鼓式砂輪機(jī)。大多數(shù)市售商用磨料均可使用，但最好采用合成樹脂粘接的碳化硅磨料。熱塑性聚合物基復(fù)合材料用常規(guī)機(jī)械打磨時(shí)，要加冷卻劑，以防磨料阻塞。磨削有兩種機(jī)械可用，一種是濕法砂帶磨床，另一種是干法或濕法研磨盤。使用碳化硅或氧化鋁砂輪研磨時(shí)不要用流動(dòng)冷卻劑，以防工件變軟。復(fù)合材料層合板采用一般工藝就能在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床上銑削。黃銅銑刀、高速鋼銑刀、碳化鎢銑刀和金剛石銑刀均可使用。銑刀后角必須磨成7-12，銑削刃要鋒利。高速鋼銑刀的銑削速度建議采用180-300m/min，進(jìn)刀量采用0.05-0.13mm/r，采用風(fēng)冷。熱塑性復(fù)合材料可以用金屬加工車床和銑床加工。高速鋼刀具只要保持鋒利，就能有效使用。當(dāng)然采用碳化鎢或金剛石刀具效果更好。金屬基復(fù)合材料一般用切割、車削、銑削和磨削就可加工。對(duì)大多數(shù)金屬基復(fù)合材料而言，獲得優(yōu)良機(jī)加工產(chǎn)品的前提是刀具要鋒利、切削速度要適當(dāng)、要供給充足冷卻液或潤滑劑和進(jìn)給速度要快。8高速切削技術(shù)有何特點(diǎn)？答：高速切削針對(duì)不同金屬材料的工件，當(dāng)切削速度到達(dá)某一特定值時(shí)，切削溫度不但不會(huì)升高反而會(huì)降低，產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)改善，生產(chǎn)效率也會(huì)大幅度提高。高速切削與加工材料、加工方式、刀具及切削參數(shù)等有很大的關(guān)系。一般認(rèn)為，高速切削的切削速度是常規(guī)切削速度的510倍，鋁合金1 5005 500m/min；銅合金9005 000m/min；鈦合金1001 000m/min；鑄鐵7504 500m/min；鋼600800m/min。各種材料的高速切削進(jìn)給速度范圍為225m/min。高速切削之所以得到工業(yè)界越來越廣泛地應(yīng)用，是因?yàn)樗鄬?duì)傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性，具體說來有以下特點(diǎn)：1.可提高生產(chǎn)效率高速切削加工允許使用較大的進(jìn)給率，比常規(guī)切削加工提高510倍，單位時(shí)間材料切除率可提高36倍。當(dāng)加工需要大量切除金屬的零件時(shí)，可使加工時(shí)間大大減少。2.降低了切削力由于高速切削采用極淺的切削深度和窄的切削寬度，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%，這對(duì)于加工剛性較差的零件來說可減少加工變形，使一些薄壁類精細(xì)工件的切削加工成為可能。3.提高了加工質(zhì)量因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)時(shí)刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)的受迫振動(dòng)，保證了較好的加工狀態(tài)。由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保持了尺寸的精確性，也使得切削破壞層變薄，殘余應(yīng)力小，實(shí)現(xiàn)了高精度、低粗糙度加工。從動(dòng)力學(xué)角度分析頻率的形成可知，切削力的降低將減小由于切削力產(chǎn)生的振動(dòng)(即強(qiáng)迫振動(dòng))的振幅；轉(zhuǎn)速的提高使切削系統(tǒng)的工作頻率遠(yuǎn)離機(jī)床的固有頻率，避免共振的發(fā)生；因此高速切削可大大降低加工表面粗糙度，提高加工質(zhì)量。4.加工能耗低，節(jié)省制造資源由于單位功率的金屬切除率高、能耗低以及工件的在制時(shí)間短，從而提高了能源和設(shè)備的利用率，降低了切削加工在制造系統(tǒng)資源總量中的比例，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。5.簡(jiǎn)化了加工工藝流程常規(guī)切削加工不能加工淬火后的材料，淬火變形必須進(jìn)行人工修整或通過放電加工解決。高速切削則可以直接加工淬火后的材料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的表面硬化問題，減少或免除了人工光整加工。由于高速切削的特點(diǎn)決定了高速切削可以節(jié)省切削液、刀具材料和切削工時(shí)，從而可