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　數(shù)控加工作為現(xiàn)代制造業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，在機(jī)械、航空航天和模具等行業(yè)發(fā)揮著極為重要的作用。90年代以來(lái)，歐、美、日各國(guó)競(jìng)相開發(fā)和應(yīng)用新一代高速多軸高速加工中心，加快了機(jī)床高速化發(fā)展步伐。

高速主軸單元中電機(jī)主軸轉(zhuǎn)速15000～100000r/min，高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件的快移速度60～120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min，高速多軸高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá)80m/min，空運(yùn)行速度可達(dá)100m/min左右。HyperMach機(jī)床進(jìn)給速度最大達(dá)60m/min，快速為100m/min，主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)60000r/min。在加工精度方面，近10年來(lái)，普通級(jí)多軸高速加工中心的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級(jí)多軸高速加工中心則從3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí)（0.01μm）。而新一代高速多軸高速加工中心特別是高速多軸高速加工中心的開發(fā)應(yīng)用與超高速切削緊密相關(guān)。

1、國(guó)內(nèi)外多軸高速加工中心切削水平的差異

目前，先進(jìn)國(guó)家的車銑切削速度已達(dá)到5000-8000米/分鐘以上，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)30000r/min（有的高達(dá)10萬(wàn)r/min）。例如，在銑刨時(shí)，國(guó)外的切削速度一般大于1000-2000m/m in，而我國(guó)只有國(guó)外的1/12-1/15，也就是說(shuō)，國(guó)內(nèi)工作12-15小時(shí)相當(dāng)于國(guó)外工作1小時(shí)。據(jù)調(diào)查，許多多軸高速加工中心的實(shí)際切削時(shí)間不到工作時(shí)間的55%。因此，如何提高加工效率，降低廢品率已成為許多企業(yè)共同面臨的問(wèn)題。根據(jù)對(duì)我國(guó)數(shù)控多軸高速加工中心切削效率的調(diào)查，存在著刀具精度低、刀具跳動(dòng)大、加工精度低、工藝設(shè)備不配套等問(wèn)題。

2、提高多軸高速加工中心切削效率的途徑

(1)合理選擇多軸高速加工中心切削量。

以高速切削為代表的新型切削加工，如干切削和硬切削，具有許多優(yōu)點(diǎn)和強(qiáng)大的生命力，成為制造技術(shù)提高加工效率和質(zhì)量，降低成本的主要途徑。 

實(shí)踐證明，當(dāng)切削速度提高10倍，進(jìn)給速度提高20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的切削“禁區(qū)”后，切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化。其結(jié)果是：?jiǎn)挝还β实慕饘偾谐侍岣吡?0％～40％，切削力降低了30％，刀具的切削壽命提高了70％，大幅度降低了留在工件上的切削熱，切削振動(dòng)幾乎消失；切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍。根據(jù)目前機(jī)床的情況來(lái)看，要充分發(fā)揮先進(jìn)刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大單位時(shí)間材料被切除的體積（材料切除率Q）。

在選擇合理的切削量的同時(shí)，盡量選擇齒刀（刀齒3的數(shù)量），增加各齒的進(jìn)給量，提高刀具的生產(chǎn)率和使用壽命。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)線速度為165m/min時(shí)，進(jìn)給速度為341m/min，刀具的使用壽命為30min。如果切割速度增加到350m/min，則每個(gè)齒的進(jìn)給速率為0.18mm，進(jìn)給速度達(dá)到2785m/min，這是初始加工效率的817％，并且刀具壽命增加到117個(gè)。差異

（2）選擇性能良好的多軸高速加工中心工具材料

在多軸高速加工中心的加工中，金屬刀具的功能不低于本發(fā)明的“497”。制造工具的材料必須具有較高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，具有良好的可制造性(切削加工、鍛造和熱處理等)，不易變形。

目前國(guó)內(nèi)外具有良好性能的主要刀具材料為金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、多晶金剛石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具。它們具有各自的特性，合適的工件材料和切削速度范圍是不同的。CBN適用于切削高硬度淬火鋼和硬鑄鐵，如陶瓷刀具和CBN刀具，主要用于加工高硬度淬火鋼（50～67HRC）和冷硬鑄鐵，其中陶瓷刀具可用于加工硬度為60～65HRC的工件，而CBN刀具則用于切割65HRC以上的工件。PCD適合于切割無(wú)鐵金屬、合金、塑料和玻璃纖維等。加工鋁合金零件時(shí)，主要采用PCD和金剛石鍍膜工具。碳工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在僅用作文件、板齒和分接頭。盡管硬質(zhì)合金涂層工具(如涂覆的錫、TiC、TiCN、TiAlN等)。由于硬質(zhì)合金涂層刀具的抗氧化溫度一般不高，因此切割速度的提高也受到限制。一般鋼零件可以在400～500m/min的范圍內(nèi)進(jìn)行加工，而Al2O3涂層的高溫硬度較高，在高速范圍加工時(shí)，其耐磨性優(yōu)于TiC、TiN涂層。

此外，刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率和質(zhì)量有很大的影響。高速切削時(shí)刀具的前角一般比普通切削小10度，后角大5-8度。為了防止切削刃處的熱磨損，主切削刃和輔助切削刃應(yīng)磨圓或倒角，以增加局部切削刃角度，增加切削刃附近的切削刃長(zhǎng)度和刀具材料的體積，從而提高刀具剛度，降低刀具破損率。*

（3）加快多軸高速加工中心涂料技術(shù)發(fā)展

自刀具涂層技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，它對(duì)刀具性能的提高和加工技術(shù)的進(jìn)步起到了非常重要的作用。涂層刀具已成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志，占刀具總數(shù)的50%以上。21世紀(jì)初，涂層刀具的比例將進(jìn)一步提高，有望突破CBN涂層技術(shù)，使CBN的優(yōu)異性能應(yīng)用于更多的刀具和刀具(包括精密和復(fù)雜的刀具和成形工具)中，從而全面提高黑色金屬的切削加工水平。此外，納米超薄、超多層及新型涂層材料的開發(fā)和應(yīng)用也將加快，涂層將成為提高刀具性能的主要途徑。

（4）選擇多軸高速加工中心高精度葉片

刀片的精度低，跳動(dòng)量太大，面銑刀的平面光潔度會(huì)降低，甚至?xí)霈F(xiàn)凹槽形狀。高精度多軸高速加工中心上刀片的跳動(dòng)應(yīng)控制在2至5μm。隨著多軸高速加工中心的發(fā)展，葉片的表面改性涂層處理（基體為高速鋼，WCo基硬質(zhì)合金，鈦基金屬陶瓷）大大提高了葉片的精度。同時(shí)，出現(xiàn)了各種新的可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)，例如用于車削的高效刮刀，復(fù)雜角銑刀片，球頭立銑刀刀片和高速銑刀刀片等。可轉(zhuǎn)位刀片進(jìn)入材料，涂層和槽綜合開發(fā)的新階段。根據(jù)加工材料和加工步驟，根據(jù)材料，涂層和槽的合理組合，可以開發(fā)出最佳加工效果的刀片。對(duì)高速，高壽命切割生產(chǎn)技術(shù)的不同要求。 

(5)提高多軸高速加工中心加工表面質(zhì)量

在相同的切削效率(即，相同的Q值)下，提高切削速度可以改善切屑形成過(guò)程，增加切削阻尼，抑制顫振，并相應(yīng)地減少每個(gè)切削齒的進(jìn)給量，可以減小切削表面軌跡所形成的殘余高度，并提高表面粗糙度，這有利于精密零件和模具的加工。

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