第二章切削加工技術(shù)§2-2超高速加工技術(shù)背景：20世紀(jì)50年代，MIT，NC數(shù)控技術(shù)的出現(xiàn)使輔助工時(shí)大大節(jié)省，進(jìn)一步提高效率只能從切削工時(shí)下手20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，輔助工時(shí)縮短，圖4-1§2-2超高速加工技術(shù)單件工序時(shí)間（1）基本時(shí)間Tb：機(jī)床切削零件所需的時(shí)間，如鉆削、銑削、鏜削和磨削等切削過(guò)程所消耗的時(shí)間。（2）輔助時(shí)間Ta：包括工件上下料時(shí)間、刀具進(jìn)退時(shí)間、改變切削形式的換刀時(shí)間、開(kāi)動(dòng)和停止機(jī)床的時(shí)間、改變加工規(guī)范的時(shí)間以及測(cè)量時(shí)間等。（3）技術(shù)服務(wù)時(shí)間Tc：包括更換用鈍刀具的時(shí)間，生產(chǎn)過(guò)程中校正、調(diào)整設(shè)備/工具/夾具/模具的時(shí)間，潤(rùn)滑設(shè)備時(shí)間，加工中斷續(xù)清理設(shè)備和夾具上的切屑及廢料時(shí)間等，一般是將整個(gè)工作時(shí)段（如每班）的這些時(shí)間累積起來(lái)再分?jǐn)偟矫總€(gè)被加工零件上。（4）組織服務(wù)時(shí)間Tg：包括班前班后領(lǐng)、換及收拾工（刀）具的時(shí)間，檢查及試運(yùn)行設(shè)備時(shí)間，增添更換切削液及下班前打掃工件場(chǎng)地、清理設(shè)備的時(shí)間等。這項(xiàng)時(shí)間也是在一個(gè)工作班次中累計(jì)后再分?jǐn)偂＃?）生理需要與休息時(shí)間Tn，該時(shí)間也需在一個(gè)班次累計(jì)后再分?jǐn)偂渭ば驎r(shí)間是上述各時(shí)間之和，即：T0=Tb+Ta+Tc+Tg+Tn。在計(jì)算實(shí)際單件工序時(shí)間時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，往往把需要分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的Tc、Tg和Tn用占基本時(shí)間和輔助時(shí)間之和的百分比（β）來(lái)計(jì)算，即：T0=（Tb+Ta）（1+β）提高加工工序生產(chǎn)效率，就應(yīng)設(shè)法縮短單件工序時(shí)間提高加工工序生產(chǎn)效率途徑縮短基本時(shí)間1、縮短純切削時(shí)間；2、采用多刀對(duì)不同表面同時(shí)進(jìn)行加工；1、采用高速高效切削，縮短切削時(shí)間縮短切削時(shí)間，就要提高單位時(shí)間內(nèi)材料的切除量Q，它與切削三要素都有關(guān)系，且最活躍、影響最大的要素是切削速度，這就是為什么把采用高速切削作為提高切削效率重要途徑的原因。2、采用多刀加工縮短基本時(shí)間采用多刀同時(shí)對(duì)不同表面進(jìn)行加工。組合機(jī)床及自動(dòng)線至今仍是生產(chǎn)效率最高的一種加工方式，其原因之一就是采用了多面多刀對(duì)零件的多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行加工的緣故。縮短輔助時(shí)間1.機(jī)床采用回轉(zhuǎn)式、往復(fù)式工作臺(tái)，一個(gè)工位進(jìn)行切削加工的同時(shí)，另一個(gè)工位同時(shí)進(jìn)行零件裝卸。2.提高機(jī)床的快速移動(dòng)速度和回轉(zhuǎn)速度。現(xiàn)代數(shù)控加工中心越來(lái)越多地采用直線電機(jī)，X、Y、Z軸的移動(dòng)速度都在60m/min以上，不少設(shè)備已超過(guò)100m/min，而加速度一般在1g左右，高檔加工中心已達(dá)1.5～2.0g，甚至更高。3.采用各種快換刀柄及換刀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)快速換刀。HSK快換刀柄的廣泛應(yīng)用不但提高了高速加工中刀具的安裝精度，而且它與快速換刀機(jī)械手配合，可使加工中心的換刀時(shí)間縮短到1～2s。4.采用機(jī)外調(diào)刀、機(jī)上自動(dòng)對(duì)刀等裝置，縮短用鈍刀具更換的調(diào)刀時(shí)間。同時(shí)具有鉆孔、鏜削和倒角的復(fù)合刀具5.采用復(fù)合刀具，如復(fù)合鉆擴(kuò)刀、復(fù)合鉆鉸刀、組合鏜刀和復(fù)合擴(kuò)鉸刀等，使零件在一次裝夾、一次換刀中完成多個(gè)加工表面的或同一加工表面的不同加工內(nèi)容。6、各種多主軸、多刀架不同工藝和工序組合一個(gè)工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾中就能完成車(chē)、銑、鉆、鉸、攻絲、磨削以及鏜等多種工藝，甚至可以完成一個(gè)工件的全部加工內(nèi)容，減少了工件上下料和多次裝夾的時(shí)間。工作中的五軸聯(lián)動(dòng)加工中心7.采用液壓、氣動(dòng)快速夾緊的夾具，采用各種加工過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)的量?jī)x，縮短裝夾及測(cè)量等輔助性時(shí)間。8.采用各種形式的自動(dòng)、半自動(dòng)上下料裝置及機(jī)械手。9、合理安排刀具換刀時(shí)間：休息時(shí)；刀具壽命與所確定的換刀時(shí)間相同或?yàn)樗谋稊?shù)；10、采用標(biāo)準(zhǔn)的刀柄；11、配備排屑裝置和防護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)冷卻液集中供排，切屑集中收集。1008040傳統(tǒng)制造CNC制造CIM制造HSM制造費(fèi)用準(zhǔn)備工時(shí)輔助工時(shí)切削工時(shí)75504230604530251820158不同年代切削加工的制造時(shí)間及費(fèi)用變化§2.2.1概述內(nèi)涵和范圍：內(nèi)涵：超高速加工技術(shù)是指采用超硬刀具和磨具，利用能可靠的實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的高精度，高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來(lái)達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)。范圍：工件材料、加工方式不同，范圍不同，原則：在保證精度和質(zhì)量的前提下，將通常切削速度的加工時(shí)間減少90%，同時(shí)加工費(fèi)用減少50%加工工藝切削速度范圍（m/min)車(chē)700-7000銑300-6000鉆200-1100拉30-75鉸20-500鋸50-500磨5000-10000不同加工工藝的切削速度范圍加工材料切削速度范圍（m/min)鋁合金2000-7500銅合金900-5000鋼260-3000鑄鐵800-3000耐熱合金〉500鈦合金150-1000纖維增強(qiáng)塑料2000-9000不同材料的切削速度范圍§2.2.1超高速加工的機(jī)制薩洛蒙曲線：20世紀(jì)30年代，薩洛蒙創(chuàng)造性的預(yù)言了超越Taylor方程式的非切削區(qū)域的存在。圖4-2，圖4-3高速切削理論是1931年4月德國(guó)物理學(xué)家Carl．J．Salomon提出的，他指出：在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)（見(jiàn)圖中A區(qū)），切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削溫度不但不升高反會(huì)降低，且該切削速度值vε與工件材料的種類(lèi)有關(guān)。對(duì)每一種工件材料都存在一個(gè)速度范圍，在該速度范圍內(nèi)（見(jiàn)圖中B區(qū)），由于切削溫度過(guò)高，刀具材料無(wú)法承受，即切削加工不可能進(jìn)行，稱(chēng)該區(qū)為“死谷”。v1v2TTmax

塑性波臨界沖擊速度：1950年，T.Vonkarman和P.Ouwez：在切削速度增大到接近或超過(guò)被切削材料的塑性變形應(yīng)力波速度時(shí)，材料破壞機(jī)制可能出現(xiàn)根本性變化，不再產(chǎn)生塑性變形，直接脆性破壞?！?.2.1超高速加工的機(jī)制美國(guó)，R.L.Vaughn,1952年，研究了切屑形成、切削力、刀具磨損、及切除率。切屑：帶狀、片狀、碎屑；切削力：上升-急劇下降；刀具磨損：減小95%；美海軍空軍及Lockheed公司：縮短加工過(guò)程，大幅提高生產(chǎn)率，銑削力減小70%；1979，美“先進(jìn)加工研究計(jì)劃”：刀具磨損主要取決于刀具導(dǎo)熱性，鋁合金的最佳切削速度在1500-4500m/min；§2.2.1超高速加工的機(jī)制日本：20世紀(jì)60年代，田中義信，利用來(lái)福槍實(shí)現(xiàn)200-700m/s的高速切削。切屑形成是剪切作用的結(jié)果，剪切角急劇增大，變質(zhì)層厚度降低50%；Y.Tanaka,切削熱絕大部分被切屑帶走；貴志浩三，切削速度>塑性波速度時(shí)，表層殘余應(yīng)力及塑性區(qū)深度減少90%~95%和85%~90%德國(guó)：研究了機(jī)床，刀具，控制系統(tǒng)等相關(guān)工藝技術(shù)；對(duì)高速切削的成屑機(jī)制也進(jìn)行了研究?！?.2.1超高速加工的機(jī)制總結(jié)：切屑研究：連續(xù)：高導(dǎo)熱性低硬度合金或金屬；斷續(xù)：低導(dǎo)熱性，密排六方多晶結(jié)構(gòu)，高硬度材料切削力降低原因：軟化；切削能量達(dá)到平衡點(diǎn)；變形速度>臨界值；切削溫度降低原因：切削熱來(lái)不及傳遞到工件和刀具被切屑帶走；§2.2.1超高速加工的機(jī)制高速磨削：20世紀(jì)30年代，A.Bomemann對(duì)各種磨削速度的磨削結(jié)果做了實(shí)驗(yàn)研究；20世紀(jì)60年代，日本京都大學(xué)岡村鍵二郎提出高速磨削理論，90m/s；德國(guó)阿亨大學(xué)H.Opitz：進(jìn)行深入研究：高速磨削磨削力小，砂輪磨損小，表面粗糙度好效率高；1979年，德國(guó)P.G.Wemer，預(yù)言了高效深磨區(qū)的存在，并研究表明：只要磨削條件適當(dāng)，即使在高速和大切除率的深磨情況下，工件表面溫度也可控制在200-400℃，由此提出高效深磨的概念。§2.2.2超高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展超高速切削技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展機(jī)床：美國(guó)（Vought）沃特公司，超高速銑床，內(nèi)裝式電機(jī)主軸，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min；功率15KW。德國(guó)：（Darmstadt）達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所，由單一的超高速銑床發(fā)展成超高速車(chē)銑床，鉆銑床，加工中心；瑞士、英國(guó)、日本也相繼推出自己的超高速加工機(jī)床；由于超高速加工技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)及關(guān)鍵部件的發(fā)展，如主軸部件，進(jìn)給系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置，輔助附件及切削磨削工具等；§2.2.2超高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展單元技術(shù)：主軸轉(zhuǎn)速：8000-10000r/min，滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)：快進(jìn)40-60m/min，工進(jìn)：30m/min，加速度：1g，定位精度20-25微米；直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)：快進(jìn)160m/min，加速度：2.5g，定位精度0.05-0.5微米；刀具換刀時(shí)間1s，切削換刀時(shí)間2.4s，托盤(pán)交換時(shí)間10s§2.2.2超高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展我國(guó)：大功率高速主軸，高加速度直線電機(jī)，陶瓷軸承等方面做了一些研究，主軸轉(zhuǎn)速尚未突破20000r/min，快速進(jìn)給速度<30m/min，與國(guó)外差距較大；超高速加工發(fā)展趨勢(shì)：21世紀(jì)可加工材料品種多，形狀類(lèi)型多，由毛坯一次成形，實(shí)現(xiàn)精密超精密加工，復(fù)合加工中心或柔性制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即高效高速化、適用廉價(jià)化，多功能復(fù)合化§2.2.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性超高速切削技術(shù)的優(yōu)越性：效率高：比常規(guī)加工切削速度：5-10倍，進(jìn)給速度：5-10倍，材料切除率：3-6倍，工時(shí)：1/3；切削力?。航档?0%，刀具壽命提高70%，薄壁工件變形小；熱變形?。?5%以上切削熱被切屑帶走，適合加工容易發(fā)生熱變形的材料；§2.2.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性精度高，質(zhì)量好：切削力、切削熱小，變形小，尺寸形狀精度好，表面殘余應(yīng)力小，表面質(zhì)量好；加工過(guò)程穩(wěn)定：激振頻率遠(yuǎn)高于固有頻率；減少工序：可作為最后一道精加工工序，實(shí)現(xiàn)高精度，低粗糙度加工；良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：縮短工時(shí)、提高效率、精度高、質(zhì)量好、刀具耐用度及機(jī)床利用率高；§2.2.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性超高速磨削技術(shù)的優(yōu)越性：提高效率：200m/s：80m/s,提高150%；340m/s：180m/s,提高200%，表4-3磨削力小，精度高：200m/s：80m/s,時(shí)磨削力減小50%；低表面粗糙度：33m/s,Ra2.0；100m/s,Ra1.4；200m/s,Ra1.1；§2.2.3超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性大幅延長(zhǎng)砂輪壽命，自動(dòng)化易于實(shí)現(xiàn)：磨削力不變：200m/s：80m/s,砂輪壽命提高1倍，在磨削效率不變時(shí)，砂輪壽命提高7.8倍；磨削速度由30m/s：160m/s,砂輪磨削比900：5100改善表面完整性：越過(guò)磨削燒傷區(qū)，大磨削用量磨削反而不產(chǎn)生燒傷；§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用切削：航空航天工業(yè)：大型整體結(jié)構(gòu)件，薄壁類(lèi)零件，微孔槽類(lèi)零件，葉輪葉片等；飛機(jī)大梁，肋板，舵機(jī)殼體，雷達(dá)組件，熱敏感組件，鈦和鈦合金，鋁或鎂合金；美波音公司：氣動(dòng)減速板：以前500多零部件裝配，三個(gè)月交貨；現(xiàn)在在鋁合金毛坯上高速銑削，交貨期縮短為幾天；§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用英國(guó)EHV公司：鋁合金整體葉輪：?jiǎn)蝹€(gè)葉片精度5μm，整體精度：20μm美惠普公司與以色列葉片技術(shù)公司：鈦合金渦輪葉片：7min粗加工，7min精加工瑞士米克朗公司：薄壁件，微孔件，葉輪：普通加工中心：35min,HSM400U,10min§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用汽車(chē)工業(yè)：鑄鐵，鋼類(lèi)零件，伺服閥，泵和電機(jī)殼體，電機(jī)轉(zhuǎn)子，汽缸體，模具等；福特公司與（Ingersoll）英格索爾公司：HVM800臥式加工中心：福特汽車(chē)生產(chǎn)線；汽車(chē)零件鑄模、內(nèi)飾件注塑模§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用工模具工業(yè)：淬硬后加工，提高效率，節(jié)省工序，提高壽命；PCBN刀具高速精加工，工時(shí)減少一半多，模具曲面面型精度高，表面粗糙度小；瑞士米克朗，XSM400高速加工中心：主軸轉(zhuǎn)速：60000r/min，快進(jìn)速度40m/min和80m/min，加速度1.7g，2.5g,加工鋁合金、銅合金、塑料和硬度HRC62的淬硬鋼；§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用德國(guó)Droop公司，F(xiàn)OG2500銑床：主軸轉(zhuǎn)速：10000-40000r/min，用于汽車(chē)車(chē)身沖壓模具和塑料模具加工，精度達(dá)50μm；歐洲及日本：汽車(chē)行業(yè)開(kāi)始使用高速加工中心實(shí)現(xiàn)精加工§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用難加工材料：以車(chē)代磨；加工硬金屬材料：HRC55-62，精度：IT5-IT6級(jí)，表面粗糙度Ra0.2-1μm，§2.2.4超高速加工技術(shù)的應(yīng)用超精密微細(xì)切削：電路板：0.5mm的小孔，為提高鉆刃的切削速度，提高效率，普遍采用高速切削FANUC公司和電氣通信大學(xué)研制超精密銑床：主軸轉(zhuǎn)速55000r/min，用切削方法實(shí)現(xiàn)自由曲面微細(xì)加工，生產(chǎn)率及精度均高于光刻技術(shù)。其它：軟材料：橡膠，塑料，木頭等高速切削，加工表面極為光滑，遠(yuǎn)好于普通切削效果；超高速加工技術(shù)的應(yīng)用超高速磨削：居林自動(dòng)化公司：80年代，率先推出高效深磨機(jī)床；FD613超高速平面磨床,寬1-10mm，ap=30mm的轉(zhuǎn)子槽,Vs=150m/s,Vw=3000mm/min;RB625,Vs=120-160m/s,曲軸一次成形，材料去除率：2kg/min；超高速加工技術(shù)的應(yīng)用NU534,NU535R,NU635溝槽磨床,Vs=125m/s,鉆頭、軸齒輪齒槽、扳手開(kāi)口槽、蝸桿螺旋齒槽等一次成形，材料去除率：500mm3/(mm.s)；Kapp公司：高效深磨機(jī)床，Vs=300m/s，60s內(nèi)轉(zhuǎn)子毛坯一次成形；超高速加工技術(shù)的應(yīng)用日本：Vs>100m/s的磨削工藝稱(chēng)為超高速磨削；三菱重工：CA32-U50ACNC超高速磨床，Vs=200m/s；結(jié)合高柔性CNC系統(tǒng)和高精度微進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)階梯軸、曲軸、凸輪軸等外回轉(zhuǎn)面進(jìn)行磨削；豐田工機(jī)，G250型CNC超高速磨床，配以陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪，Vs=200m/s；陶瓷光學(xué)玻璃等硬脆材料的高速高效磨削；超高速加工技術(shù)的應(yīng)用美國(guó)：EdgetekMachine公司：全美首家生產(chǎn)高效深磨機(jī)床，單層CBN砂輪，加工淬硬鋸齒，Vs=203m/s；磨削Iconel718（鎳基合金），Vs=160m/s,金屬去除率達(dá)75mm3/(mm.s)，砂輪不需修整，使用壽命長(zhǎng)，Ra1-2μm，尺寸公差13μm。§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)超高速切削技術(shù)刀具機(jī)床切削過(guò)程工件刀具材料幾何參數(shù)刀具結(jié)構(gòu)CAD/CAM過(guò)程監(jiān)控特殊措施工件夾持工件搬運(yùn)工件特性主軸部件進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)刀具夾持裝置CNC控制系統(tǒng)機(jī)床基礎(chǔ)件冷卻系統(tǒng)排屑裝置安全裝置§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)刀具技術(shù)：刀具材料：涂層刀具，金屬陶瓷刀具，陶瓷刀具，PCD刀具，CBN刀具；刀具幾何參數(shù)：刀具幾何角度：；刀具結(jié)構(gòu)：刀具的幾何結(jié)構(gòu)及夾緊方式；幾何結(jié)構(gòu)：減輕重量，避免應(yīng)力集中，動(dòng)平衡夾緊方式：必須采用螺釘夾緊，不采用摩擦夾緊；工件材料前角后角鋁合金12-15°13-15°鋼材0-5°12-16°鑄鐵0°12°銅合金0°16°纖維強(qiáng)化復(fù)合材料20°15-20°§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)高速主軸技術(shù)：主軸動(dòng)力源、主軸結(jié)構(gòu)、主軸傳動(dòng)、主軸支撐；直線滾動(dòng)導(dǎo)軌技術(shù)：導(dǎo)軌材料、支撐、導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)軌控制；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)：直線電機(jī)；高速數(shù)控技術(shù)：適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，大進(jìn)給的需要，要求數(shù)控系統(tǒng)有超高速響應(yīng)特性、很高的控制精度及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；機(jī)床結(jié)構(gòu)，安全性，切削液等：刀具夾持，工件安裝，冷卻系統(tǒng)等?！?.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)刀具技術(shù)刀具材料：涂層刀具材料：在刀具基體上涂以金屬化合物薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能；涂層刀具基體材料：高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷等；涂層種類(lèi)：?jiǎn)瓮繉印㈦p涂層、多涂層，硬涂層及軟涂層硬涂層材料：氮化鈦（TiN）、碳氮化鈦（TiCN）氮化鋁鈦（TiAlN）、碳氮化鋁鈦（TiAlCN）；新型PVD硬涂層：CBN、氮化碳（CNx）、氧化鋁（Al2O3）、氮化物（TiN/NbN，TiN/VN）、金剛石膜涂層等；熱穩(wěn)定性好，適于高速切削；軟涂層：MoS2、WS2等，適于加工高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金或貴重金屬；納米涂層：日本住友公司，TiN/AlN復(fù)合涂層銑刀片，共2000層，每層2.5nm;§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)金屬陶瓷刀具：具有較高的室溫硬度，紅硬性及良好的耐磨性；包括高耐磨性TiC基硬質(zhì)合金（TiC+Ni或Mo）、高韌性TiC基硬質(zhì)合金（TiC+TaC+WC）、強(qiáng)韌性TiN基硬質(zhì)合金（以TiN為主體）、高強(qiáng)韌性TiCN基硬質(zhì)合金（TiCN+NbC）等；可在300-500m/min的切削速度范圍內(nèi)高速精車(chē)鋼和鑄鐵；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)陶瓷刀具：包括氧化鋁基和氮化硅基，通過(guò)在其中加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物得到陶瓷刀具材料；200-1000m/min的速度范圍內(nèi)高速切削軟鋼、淬硬鋼、鑄鐵等；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)CBN刀具：硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，1200-1300度不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；硬度極高，紅硬性極好；適于高速切削鋼鐵材料，是超高速精加工或半精加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等的理想材料；以車(chē)代磨各種成分的CBN刀片及CBN+金屬陶瓷復(fù)合刀片；PCBN刀片：主要用于加工黑色金屬等難加工材料，如HRC45-65的淬硬鋼、耐熱合金、高速鋼、灰鑄鐵等；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)PCD刀具：在高溫高壓條件下，通過(guò)金屬結(jié)合劑（如Co）將金剛石微粉聚合而成的多晶材料；硬度低于金剛石，各向同性，提高了抗彎強(qiáng)度和韌性；高導(dǎo)熱性和低摩擦系數(shù)；價(jià)格低，為天然金剛石刀具的幾十分之一至十幾分之一；主要用于加工耐磨有色金屬和非金屬，能保持鋒利的刃口和切削效率，壽命是硬質(zhì)合金的10-500倍；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)刀具幾何：表4-4工件材料前角后角鋁合金12-15°13-15°鋼材0-5°12-16°鑄鐵0°12°銅合金0°16°纖維強(qiáng)化復(fù)合材料20°15-20°§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)刀具結(jié)構(gòu)：刀片夾緊方式要求：1）螺釘夾緊；2）帶卡位的空刀槽；3）刀片、刀座夾緊力方向盡可能與離心力方向一致；4）涂潤(rùn)滑油；5）定期檢測(cè)更換螺釘；刀體設(shè)計(jì)要求：1）減重，減小直徑，增加高度，用比重輕強(qiáng)度高的材料；2）避免應(yīng)力集中；3）減少機(jī)夾零件數(shù)量；4）結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，重心通過(guò)銑刀軸線；5）不等分齒銑刀，應(yīng)調(diào)整刀體質(zhì)量分布，使刀體膨脹均勻；6）夾緊調(diào)整機(jī)構(gòu)消除游隙，重復(fù)定位性好；7）刀體刀片連接配合要封閉，夾緊力足夠；§2.2.5超高速切削的相關(guān)技術(shù)動(dòng)平衡要求：不平衡振動(dòng)影響主軸及軸承壽命，影響表面質(zhì)量和刀具壽命，一般采用徑向調(diào)整螺釘；切削部分盡可能短，提高剛性減少刃口破損。超高速切削機(jī)床主軸系統(tǒng)：傳統(tǒng)齒輪變速、皮帶傳動(dòng)不能適應(yīng)高速加工要求；寬調(diào)速交流變頻電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的主軸的變速，使機(jī)床主傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，形成一種新型的功能部件——主軸單元；超高速切削機(jī)床電主軸：采用無(wú)外殼電機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電機(jī)主軸，簡(jiǎn)稱(chēng)電主軸。零傳動(dòng)：電機(jī)的轉(zhuǎn)子作主軸，主軸單元的殼體做電機(jī)座，取消從電機(jī)到主軸之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把主傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零。超高速切削機(jī)床主軸系統(tǒng)組成：動(dòng)力源，主軸，軸承，機(jī)架優(yōu)點(diǎn)：振動(dòng)小，減少傳動(dòng)誤差，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，易于定位；主軸支撐：大功率：陶瓷球軸承，油動(dòng)靜壓軸承，磁懸浮軸承，小功率：滾動(dòng)軸承，液體動(dòng)靜壓軸承，氣體動(dòng)靜壓軸承；設(shè)計(jì)參數(shù)：轉(zhuǎn)速特征值：K=ndm，主軸轉(zhuǎn)速普遍達(dá)到10000r/min，福特汽車(chē)公司的HVM800臥式加工中心：15000r/min，瑞士米克朗公司高速銑削加工中心：42000r/min和60000r/min；超高速切削機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)：提高主軸速度必須提高進(jìn)給速度，瞬時(shí)高速瞬時(shí)準(zhǔn)停；要求高速切削進(jìn)給系統(tǒng)既能達(dá)到很高的進(jìn)給速度，還要有很大的加速度和高的定位精度；超高速切削機(jī)床滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)：快進(jìn)，60m/min,工進(jìn)，40m/min,a<1g;Mazak公司：FJV20;直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：動(dòng)子與工作臺(tái)相連，消除一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，a>1g,美國(guó)Igersoll公司,HVM800,76.2m/min,a>1g-1.5g,意大利Vigolzone公司生產(chǎn)的高速臥式加工中心，進(jìn)給速度達(dá)到70m/min，a=1g，德國(guó)Excell-O公司生產(chǎn)的XHC24臥式加工中心，最高進(jìn)給速度達(dá)到60m/min，a=1g；目前，普遍認(rèn)為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)是新一代機(jī)床的基本傳動(dòng)形式；1-定子冷卻板；2-滾動(dòng)導(dǎo)軌；3-動(dòng)子冷卻板；4-輸電線路；5-工作臺(tái)；6-位置檢測(cè)系統(tǒng)；7-動(dòng)子部分；8-定子部分。超高速切削機(jī)床優(yōu)點(diǎn)：1）控制特性好，增益大，滯動(dòng)小，位移精度高；2）高速度，100-180m/min；3）高加速度2-10g；4）無(wú)限運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度；5）定位及跟蹤精度高；6）起動(dòng)推力大；7）無(wú)摩擦，無(wú)往返程空隙，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；8）靜動(dòng)態(tài)剛度高；缺點(diǎn)：1）電磁熱效應(yīng)引起熱變形，須加冷卻系統(tǒng)；2）電磁場(chǎng)干擾，需擋切屑防護(hù)裝置；3）功率損失大；4）需增加工作臺(tái)制動(dòng)鎖緊機(jī)構(gòu)；5）裝配困難；6）價(jià)格高；超高速切削機(jī)床刀具夾持系統(tǒng)：刀柄系統(tǒng)：要求：裝夾牢固，足夠剛性，有利于迅速換刀，互換性好和重復(fù)精度高；7︰24刀柄的不足：1）剛性不足，刀柄法蘭面與主軸端面存在間隙；2）自動(dòng)換刀重復(fù)精度不穩(wěn)；3）主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，主軸前端內(nèi)孔在離心力作用下增大，導(dǎo)致主軸與刀柄定位錐面脫離，徑向跳動(dòng)大；4）錐部長(zhǎng)，不利于快速換刀和小型化；超高速切削機(jī)床為解決上述問(wèn)題：兩面定位刀柄BIG-PLUS刀柄：日本大昭和精機(jī)，7︰24，間隙小，鎖緊后主軸內(nèi)孔彈性膨脹補(bǔ)償后貼緊；優(yōu)點(diǎn)：增加接觸面積，提高剛性，增強(qiáng)振動(dòng)衰減作用；提高了重復(fù)精度；軸向尺寸穩(wěn)定；互換性好；超高速切削機(jī)床HSK刀柄系統(tǒng)：德國(guó)阿亨工業(yè)大學(xué)，H（空心）S（短）K（錐度），1︰10，錐面、端面雙定位，中空短柄，彈性膨脹補(bǔ)償間隙，精度要求低；質(zhì)量輕，剛性高，轉(zhuǎn)速扭矩大，重復(fù)精度好，連接錐面短，換刀時(shí)間短，有利于高速ATC及小型化；兩面定位刀柄：重復(fù)精度高，鎖緊牢固，跳動(dòng)小，靜動(dòng)態(tài)剛性好，應(yīng)用廣，美KM系列，瑞典等；德國(guó)HSK刀柄系統(tǒng)超高速切削機(jī)床刀具夾持系統(tǒng)：接裝刀具模塊：錐型夾頭：靈活性好，適合不同的刀具直徑；傳遞扭矩小裝夾精度低；收縮夾頭：熱脹冷縮原理；精度高，剛性大；操作不便，易引起熱疲勞和變形；超高速切削機(jī)床液壓膨脹夾頭：利用液壓使刀柄孔膨脹夾緊刀具，精度高，剛性大，操作方便，刀具尺寸公差嚴(yán)；力膨脹夾頭：優(yōu)點(diǎn)：精度高，操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)低；缺點(diǎn)：須輔助加力裝置；超高速切削機(jī)床超高速加工機(jī)床的支承：指床身，立柱，箱體，工作臺(tái)，底座，托板，刀架等支承構(gòu)件；超高速機(jī)床特點(diǎn)：高速度，高進(jìn)給，高加速度，高精度；超高速切削機(jī)床床身：要求：靜、動(dòng)、熱剛度好；1）整體鑄造；美國(guó)G&L公司RAM型高速加工中心；其立柱及床身采用整體鑄造，滿足高剛度要求；2）聚合物混凝土材料：石英巖＋熱固性樹(shù)脂，重量輕，剛度高；德國(guó)Hermle公司高速加工中心采用聚合物混凝土整體鑄造，重量輕，剛度很高，適于高速加工；3）花崗巖鋼基體：提高剛性，減少振動(dòng)；美國(guó)EdgetekMachine公司生產(chǎn)的高效深磨機(jī)床；4）鋼板焊接+阻尼填充；Ingersoll公司，HVM800臥式加工中心；運(yùn)動(dòng)部件：輕質(zhì)材料制造，減少動(dòng)量和慣量，鈦合金，鋁合金，纖維強(qiáng)化復(fù)合材料等超高速切削機(jī)床結(jié)構(gòu)變化：串聯(lián)式機(jī)床：運(yùn)動(dòng)軸串聯(lián)的設(shè)置在笛卡爾坐標(biāo)系中，工件與刀具間由機(jī)座、X、Y、Z軸及旋轉(zhuǎn)軸組成傳動(dòng)鏈。超高速切削機(jī)床優(yōu)點(diǎn)：易于計(jì)算控制；不需坐標(biāo)變換；各個(gè)軸可分別調(diào)節(jié)缺點(diǎn)：后運(yùn)動(dòng)的軸受到先運(yùn)動(dòng)的軸帶動(dòng)和加速；全部載荷作用在每根軸上，軸剛性必須非常高；運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大，動(dòng)態(tài)性能惡化，軌跡誤差加大；超高速切削機(jī)床并聯(lián)式機(jī)床：Hexapod機(jī)床，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性好；運(yùn)動(dòng)定位精度高；運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小，可以高速運(yùn)動(dòng)；對(duì)結(jié)構(gòu)架制造無(wú)特殊要求；缺點(diǎn)：測(cè)量控制計(jì)算量大；工作空間??；價(jià)格高；可伸縮腿不是標(biāo)準(zhǔn)件，剛性要求很高時(shí)，很難有別的辦法；伸縮腿驅(qū)動(dòng)是熱源，會(huì)引起誤差；工作空間是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)