石墨cnc加工机器

提高石墨cnc加工机器切削效率的途径

　　数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速石墨cnc加工机器，加快了机床高速化发展步伐。

　　高速主轴单元中电机主轴转速15000～100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min，高速石墨cnc加工机器进给速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，主轴转速已达60000r/min。


　在加工精度方面，近10年来，普通级石墨cnc加工机器的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级石墨cnc加工机器则从3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级（0.01μm）。而新一代高速石墨cnc加工机器特别是高速石墨cnc加工机器的开发应用与超高速切削紧密相关。

1、国内外石墨cnc加工机器切削水平的差异

目前，先进国家的车铣切削速度已达到5000-8000米/分钟以上，机床主轴转速超过30000r/min（有的高达10万r/min）。例如，在铣刨时，国外的切削速度一般大于1000-2000m/m in，而我国只有国外的1/12-1/15，也就是说，国内工作12-15小时相当于国外工作1小时。据调查，许多石墨cnc加工机器的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率已成为许多企业共同面临的问题。根据对我国石墨cnc加工机器切削效率的调查，存在着刀具精度低、刀具跳动大、加工精度低、工艺设备不配套等问题。*

(1)合理选择石墨cnc加工机器切削量。

以高速切削为代表的新型切削加工，如干切削和硬切削，具有许多优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量，降低成本的主要途径。 

实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30％～40％，切削力降低了30％，刀具的切削寿命提高了70％，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失；切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积（材料切除率Q）。

在选择合理的切削量的同时，尽量选择齿刀（刀齿3的数量），增加各齿的进给量，提高刀具的生产率和使用寿命。试验结果表明，当线速度为165m/min时，进给速度为341m/min，刀具的使用寿命为30min。如果切割速度增加到350m/min，则每个齿的进给速率为0.18mm，进给速度达到2785m/min，这是初始加工效率的817％，并且刀具寿命增加到117个。差异

（2）选择性能良好的石墨cnc加工机器工具材料

在石墨cnc加工机器的加工中，金属刀具的功能不低于本发明的“497”。制造工具的材料必须具有较高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，具有良好的可制造性(切削加工、锻造和热处理等)，不易变形。

目前国内外具有良好性能的主要刀具材料为金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、多晶金刚石(PCD)和立方氮化硼(CBN)刀具。它们具有各自的特性，合适的工件材料和切削速度范围是不同的。CBN适用于切削高硬度淬火钢和硬铸铁，如陶瓷刀具和CBN刀具，主要用于加工高硬度淬火钢（50～67HRC）和冷硬铸铁，其中陶瓷刀具可用于加工硬度为60～65HRC的工件，而CBN刀具则用于切割65HRC以上的工件。PCD适合于切割无铁金属、合金、塑料和玻璃纤维等。加工铝合金零件时，主要采用PCD和金刚石镀膜工具。碳工具钢和合金工具钢现在仅用作文件、板齿和分接头。尽管硬质合金涂层工具(如涂覆的锡、TiC、TiCN、TiAlN等)。由于硬质合金涂层刀具的抗氧化温度一般不高，因此切割速度的提高也受到限制。一般钢零件可以在400～500m/min的范围内进行加工，而Al2O3涂层的高温硬度较高，在高速范围加工时，其耐磨性优于TiC、TiN涂层。

此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率和质量有很大的影响。高速切削时刀具的前角一般比普通切削小10度，后角大5-8度。为了防止切削刃处的热磨损，主切削刃和辅助切削刃应磨圆或倒角，以增加局部切削刃角度，增加切削刃附近的切削刃长度和刀具材料的体积，从而提高刀具刚度，降低刀具破损率。*

（3）加快石墨cnc加工机器涂料技术发展

自刀具涂层技术问世以来，它对刀具性能的提高和加工技术的进步起到了非常重要的作用。涂层刀具已成为现代刀具的标志，占刀具总数的50%以上。21世纪初，涂层刀具的比例将进一步提高，有望突破CBN涂层技术，使CBN的优异性能应用于更多的刀具和刀具(包括精密和复杂的刀具和成形工具)中，从而全面提高黑色金属的切削加工水平。此外，纳米超薄、超多层及新型涂层材料的开发和应用也将加快，涂层将成为提高刀具性能的主要途径。

（4）选择石墨cnc加工机器高精度叶片

刀片的精度低，跳动量太大，面铣刀的平面光洁度会降低，甚至会出现凹槽形状。高精度石墨cnc加工机器上刀片的跳动应控制在2至5μm。随着石墨cnc加工机器的发展，叶片的表面改性涂层处理（基体为高速钢，WCo基硬质合金，钛基金属陶瓷）大大提高了叶片的精度。同时，出现了各种新的可转位刀片结构，例如用于车削的高效刮刀，复杂角铣刀片，球头立铣刀刀片和高速铣刀刀片等。可转位刀片进入材料，涂层和槽综合开发的新阶段。根据加工材料和加工步骤，根据材料，涂层和槽的合理组合，可以开发出最佳加工效果的刀片。对高速，高寿命切割生产技术的不同要求。 

(5)提高石墨cnc加工机器加工表面质量

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过程，增加切削阻尼，抑制颤振，并相应地减少每个切削齿的进给量，可以减小切削表面轨迹所形成的残余高度，并提高表面粗糙度，这有利于精密零件和模具的加工。