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提高石墨cnc加工機(jī)器切削效率的途徑

　　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，歐、美、日各國競相開發(fā)和應(yīng)用新一代高速石墨cnc加工機(jī)器，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)動部件的快移速度60～120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min，高速石墨cnc加工機(jī)器進(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，普通級石墨cnc加工機(jī)器的加工精度已由10μm提高到5μm，精密級石墨cnc加工機(jī)器則從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（0.01μm）。而新一代高速石墨cnc加工機(jī)器特別是高速石墨cnc加工機(jī)器的開發(fā)應(yīng)用與超高速切削緊密相關(guān)。

1、國內(nèi)外石墨cnc加工機(jī)器切削水平的差異

目前，先進(jìn)國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30000r/min（有的高達(dá)10萬r/min）。例如，在銑刨時，國外的切削速度一般大于1000-2000m/m in，而我國只有國外的1/12-1/15，也就是說，國內(nèi)工作12-15小時相當(dāng)于國外工作1小時。據(jù)調(diào)查，許多石墨cnc加工機(jī)器的實際切削時間不到工作時間的55%。因此，如何提高加工效率，降低廢品率已成為許多企業(yè)共同面臨的問題。根據(jù)對我國石墨cnc加工機(jī)器切削效率的調(diào)查，存在著刀具精度低、刀具跳動大、加工精度低、工藝設(shè)備不配套等問題。*

(1)合理選擇石墨cnc加工機(jī)器切削量。

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：單位功率的金屬切除率提高了30％～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，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。試驗結(jié)果表明，當(dāng)線速度為165m/min時，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。差異

（2）選擇性能良好的石墨cnc加工機(jī)器工具材料

在石墨cnc加工機(jī)器的加工中，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適合于切割無鐵金屬、合金、塑料和玻璃纖維等。加工鋁合金零件時，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，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)對切削效率和質(zhì)量有很大的影響。高速切削時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）加快石墨cnc加工機(jī)器涂料技術(shù)發(fā)展

自刀具涂層技術(shù)問世以來，它對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。

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