先進(jìn)制造與工程仿真技術(shù)課件：先進(jìn)制造工藝技術(shù) -

1先進(jìn)制造與工程仿真技術(shù)2

§2.1先進(jìn)制造工藝的概述§2.2先進(jìn)切削加工理論 §2.3先進(jìn)切削加工刀具技術(shù)先進(jìn)制造工藝技術(shù)

§2.4高速切削技術(shù)§2.5先進(jìn)切削加工理論 §2.6超精密加工技術(shù)§2.7先進(jìn)特種加工技術(shù)3教學(xué)要求：了解先進(jìn)制造工藝技術(shù)的定義、內(nèi)涵、特點(diǎn)及地位；掌握先進(jìn)制造工藝技術(shù)中先進(jìn)切削加工理論、先進(jìn)切削加工刀具技術(shù)、高速切削技術(shù)、超精密加工技術(shù)、快速原型制造技術(shù)及特種加工技術(shù)的基本概念、關(guān)鍵支撐技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用；通過實(shí)例分析并了解這些先進(jìn)制造工藝手段在日常生活以及現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用。4航空發(fā)動機(jī)作為“飛機(jī)的心臟”是一個國家的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，離心葉輪葉片作為航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件，其加工精度和表面質(zhì)量直接決定了航空發(fā)動機(jī)的性能。美、英等西方國家從20世紀(jì)90年代開始對低剛度薄壁結(jié)構(gòu)零件精密數(shù)控加工工藝及理論進(jìn)行研究，并采用有限元技術(shù)進(jìn)行變形、振動等研究分析，以獲得薄壁結(jié)構(gòu)件變形模式及相關(guān)表面質(zhì)量模型；相關(guān)圖如下所示。

章節(jié)引例圖2-1離心葉輪圖圖2-2離心葉輪葉片四階模態(tài)振型圖5機(jī)械制造工藝是將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成為成品或半成品的方法和過程。機(jī)械制造工藝的內(nèi)涵可以用圖2-3所示的流程圖來表示。圖2-3機(jī)械制造工藝流程圖2.1先進(jìn)制造工藝的概述2.1.1定義、內(nèi)涵、特點(diǎn)及地位6先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn)可用先進(jìn)性、實(shí)用性和前沿性來概括。(1)先進(jìn)性先進(jìn)制造工藝的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、靈活（柔性）五個方面。(2)實(shí)用性先進(jìn)制造工藝的實(shí)用性主要表現(xiàn)在兩個方面。一是應(yīng)用普遍性，它是當(dāng)今或不久將來機(jī)械工廠量大面廣的看家工藝；；二是經(jīng)濟(jì)適用性，它一般投資不高，且有不同檔次，宜于工廠根據(jù)本身的條件通過技術(shù)改造予以采納。(3)前沿性先進(jìn)制造工藝的前沿性主要表現(xiàn)在：先進(jìn)制造工藝是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化或傳統(tǒng)工藝高新技術(shù)化的結(jié)果，它們是制造工藝研究最為活躍的前沿領(lǐng)域。7(1)制造加工精度不斷提高。(2)切削加工速度迅速提高。近一個世紀(jì)時期內(nèi)，切削加工速度提高了一百至數(shù)百倍，如圖2-4所示。圖2-4切削速度隨刀具材料變更而提高示意圖2.1.2先進(jìn)制造工藝的發(fā)展概況8(3)新型工程材料的應(yīng)用推動了制造工藝的進(jìn)步和變革。(4)自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率。(5)零件毛坯成型在向少、無余量方向發(fā)展。(6)優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展。InsolublepartSolublepartSpincoatCrystallikestructureUV光清潔有機(jī)膜太陽能電池的制備92.1.3先進(jìn)制造工藝的發(fā)展趨勢(1)成形技術(shù)方面：鑄件生產(chǎn)正向輕量化、精確化、強(qiáng)韌化、復(fù)合化及無環(huán)境污染方向發(fā)展。(2)精確塑性成形工藝成為制造過程的總體上向“凈成形”目標(biāo)邁進(jìn)的途徑。(3)激光焊、電子束焊等高能密度束流加工的精確控制，激光表面合金化和熔覆工藝日趨成熟。(4)快速原型制造技術(shù)更加精密化。(5)計算機(jī)工程模擬仿真、并行工程及虛擬制造技術(shù)為成形制造注入新活力。10金屬切削過程中所發(fā)生的振動可以歸結(jié)為兩大類：強(qiáng)迫振動和自激振動。強(qiáng)迫振動是機(jī)床內(nèi)部的周期振源或由外界傳入的振動所激起的一種振動。自激振動也就是顫振。顫振不僅影響數(shù)控加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還對機(jī)床和刀具的使用壽命有著較大的損害，對數(shù)控加工過程中顫振的研究與控制已經(jīng)成為了先進(jìn)制造領(lǐng)域一個亟待解決的問題。對于顫振來講，其產(chǎn)生需要滿足以下兩個條件：其一，系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的不穩(wěn)定性；其二，迫使系統(tǒng)的工作點(diǎn)略微偏離平衡點(diǎn)的外界擾動。2.2先進(jìn)切削加工理論2.2.1切削顫振的產(chǎn)生及抑制11一、機(jī)床切削顫振的研究目前主要有三種理論：1.再生顫振。再生顫振是指由于上一次切削所形成的振紋與本次切削的振動位移之間的相位差導(dǎo)致刀具切削厚度的不同而引起的顫振。再生顫振的產(chǎn)生機(jī)理如圖2-5所示.圖2-5再生顫振模型12其中，機(jī)床結(jié)構(gòu)被簡化為一個單自由度系統(tǒng)，h0在數(shù)量上等于平均切削厚度，y(t)是刀具相對于工件在y向的振動位移，即機(jī)床結(jié)構(gòu)的變形，θ是前后連續(xù)刀齒切削振動位移的相位差，而F(t)是作用在刀具上的切削力。y(t)引起瞬時切削厚度h(t)圍繞其均值h0變化，而這一變化反過來又會引起切削力F(t)變化。另外，h(t)不僅與刀刃在當(dāng)時的振動位移只y(t)有關(guān)，而且還與前一刀刃切削時的振動y(t-τ)有關(guān)，τ是前后兩齒之間的延遲時間或滯后時間。因此切削力F(t)是刀具—工件相對位移和延遲時間的函數(shù)，瞬時切削厚度h(t)周期變化是引起“再生反饋”的主要原因。132.振型耦合顫振。當(dāng)振動系統(tǒng)在兩個方向上的剛度相接近時，兩個固有振型相耦合，因而引起顫振。工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性將取決于刀尖的運(yùn)動軌跡——橢圓長軸的方向和橢圓運(yùn)動的轉(zhuǎn)向。再生顫振的產(chǎn)生機(jī)理如圖2-5所示.當(dāng)?shù)都膺\(yùn)動軌跡——橢圓長軸位于Ⅰ，Ⅲ象限時，橢圓運(yùn)動的轉(zhuǎn)向為逆時針，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的；順時針則系統(tǒng)將發(fā)生顫振。當(dāng)橢圓長軸位于Ⅱ，Ⅳ象限時，橢圓運(yùn)動的轉(zhuǎn)向為逆時針，則系統(tǒng)將發(fā)生顫振，為順時針則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。圖2-6車削加工中的再生顫振模型示意圖143.摩擦型顫振

本節(jié)著重根據(jù)切削速度對切削力顯著影響的特點(diǎn)，引用相對切削速度的概念，提出速度型動態(tài)切削力的表達(dá)方式，對速度型切削顫振進(jìn)行分析。(1)切削力表達(dá)式及切削模型。切削力的理論公式為：

式中，τS—工件材料的剪切屈服極限，MPa；ap—背吃刀量，mm；f—進(jìn)給量，mm/r；Ah—切屑厚度壓縮比；C—與前角γ0有關(guān)的系數(shù)。(2-1)切削力是關(guān)于切削速度vc的非線性函數(shù)，如圖2-7所示圖2-7切削速度對切削力的影響(YT15車刀，工件材料45鋼ap=4mm，f=0.3mm/r)15切削塑性材料時，前角γ0

增大，剪切角隨之增加，切屑變形減小，沿前刀面的摩擦力也減小，因此切削力降低。合并考慮切削速度和前角對切削力的影響，可以將式(1)變形為式中，F(xiàn)c—切削力，N；vc—刀具相對于工件的切削速度，m/s；c0，c1，c2，c3—待定系數(shù)。圖2-7所示的切削力與切削速度關(guān)系的具體數(shù)據(jù)表2-1所示。

(2-2)表2-1切削力與切削速度vc/m?s-10.330.660.8811.331.6722.332.6734Fc/N28003000313030802870275026302600257025302500把vc≥0.88m/s段的實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式擬合，得其切削力表達(dá)式為：16(2-3)在實(shí)際使用中，可以根據(jù)式(2-3)確定式(2-2)中的系數(shù)c0、c1、c2、c3。由式(2-2)知，有振動時的切削力表達(dá)式為

(2-4)式(2-4)右邊的第二項可以看作是速度型的動態(tài)力。因此速度型的動態(tài)切削力F(t)表示為

(2-5)上式右邊括號中的第一項代表摩擦型的動態(tài)力分量，第二項代表動能型的動態(tài)力分量，第三項是摩擦型分量與動能型分量的組合。式(2-5)又可表示為

(2-6)17若令Kv=τS(c1vc+c2vc2+c3vc3），則動態(tài)切削力F(t)可以表示為F(t)＝Kvapfn，由切削剛度的定義知，可以視Kv為速度型的動態(tài)切削剛度，它與工件材料及其剪切角有關(guān)，也與刀具的幾何角度有關(guān)，主要與刀具前角有關(guān)。圖2-8所示為外圓車削模型，圖中m、c、k

分別為刀具系統(tǒng)的等效質(zhì)量、等效阻尼、等效剛度，則基于速度型動態(tài)切削力的車削系統(tǒng)力學(xué)模型如下(2-7)圖2-8外圓車削模型18(2)規(guī)避顫振的切削速度穩(wěn)定區(qū)域與極限背吃刀量。由圖2-7知，用YT15車刀切削45鋼材料，在切削速度小于2m/s的區(qū)域，切削力對切削速度的變化非常敏感，如果公稱切削速度位于這一區(qū)域，當(dāng)切削系統(tǒng)受到擾動引起刀具系統(tǒng)（或工件系統(tǒng)）自由振動，則相對切削速度就會出現(xiàn)大小交替的變化，而交替變化的相對切削速度就會產(chǎn)生交替變化的切削力，相當(dāng)于給系統(tǒng)施加了交變的激勵力，如果激勵的能量足夠大，那么由干擾引起的系統(tǒng)自由振動就得到加強(qiáng)和能量補(bǔ)充，顫振就有可能發(fā)生，這就是速度型切削顫振的機(jī)理。這個過程可以用圖2-8所示模型說明，正常切削（無擾動無振動）時，刀具應(yīng)在圖上所示的0位置；受擾動或振動后，當(dāng)?shù)毒邚奈恢?向位置2運(yùn)動時，相對切削速度增大刀具前角增大，因此切削力減??；當(dāng)?shù)毒邚奈恢?向位置1運(yùn)動時，相對切削速度減小，刀具前角減小，因此切削力增大，所以刀具受擾動或振動后的切削力出現(xiàn)了大小交替的變化。由上述分析可知，公稱切削速度位于切削力關(guān)于切削速度的敏感區(qū)域，是顫振產(chǎn)生的必要條件。對于塑性金屬材料來說，這一切削速度敏感區(qū)域是客觀存在的。下面討論規(guī)避顫振的切削速度穩(wěn)定區(qū)域。19a.規(guī)避顫振的切削速度穩(wěn)定區(qū)域。(2-8)考慮到初始擾動時≈0，因此，相對穩(wěn)定的條件是

(2-9)這是個關(guān)于公稱切削速度v的二次方程，當(dāng)時，解為

(2-10)由此可以推斷，以式（2-10）所示的公稱切削速度為中心的速度區(qū)域是相對穩(wěn)定區(qū)域。20(2-11)顫振發(fā)生的充分條件是用簡化的，代入式(11)進(jìn)行推導(dǎo)，得(2-12)如果用背吃刀量ap作為衡量指標(biāo)，則顫振發(fā)生的充分條件是

(2-13)定義上式右邊為極限背吃刀量aplim，即

(2-14)b.規(guī)避顫振的極限背吃刀量。21機(jī)床—刀具—工件系統(tǒng)在特定的切削條件下存在一個對應(yīng)的極限背吃刀量aplim，在切削加工時，如果背吃刀量ap<aplim，則可以避免顫振產(chǎn)生。另外由式(2-14)知，aplim與公稱切削速度以及進(jìn)給量密切相關(guān)，因此如果在顫振剛開始發(fā)生時，立即改變公稱切削速度v

或者進(jìn)給量f，讓aplim迅速增大，就會使顫振減小或消失。這就使得在有變頻調(diào)速主軸的數(shù)控機(jī)床上施行變速切削技術(shù)控制顫振成為可能，這是變速切削技術(shù)控制顫振的理論依據(jù)。(3)切削實(shí)驗分析實(shí)驗在某臺CA6140車床上進(jìn)行，使用YT15車刀，試件及工藝參數(shù)圖2-9所示。

圖2-9試件及工藝參數(shù)(工件材料45鋼，調(diào)質(zhì)。主軸n=1400r/min，f=0.05mm/r，ap0=0.5mm)22圖中16為加工后的尺寸，初始背吃刀量為0.5mm，公稱切削速度v=1.172m-/s，進(jìn)給量f=0.05mm/r，刀具系統(tǒng)固有振動頻譜圖2-10所示。當(dāng)背吃刀量ap=4.21mm時，開始出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。圖2-10刀具系統(tǒng)固有振動頻譜

圖2-11所示，約0.5s后振動加劇至顫振完全發(fā)生(此時ap=4.62mm)，振幅為(0.15±0.02)mm圖2-11顫振發(fā)生歷程23顫振完全發(fā)生后的頻率穩(wěn)定在f=894Hz，如圖2-12所示。

圖2-12顫振頻譜不同切削速度區(qū)域的動態(tài)切削力分析以刀具初始擾動A0=(0.01~0.09)mm為范圍，根據(jù)式(7)考查不同切削速度區(qū)域的動態(tài)切削力，如圖2-13所示。

圖2-13穩(wěn)定區(qū)域及非穩(wěn)定區(qū)域的F(t)刀具初始擾動(0.01~0.09)mm24上述研究表明：(1)金屬切削顫振的頻率接近切削系統(tǒng)(刀具或工件)的某階固有頻率，它是系統(tǒng)某階固有模態(tài)的自激振動，刀具和工件是最易受到激發(fā)產(chǎn)生顫振的對象；顫振從發(fā)生到成熟的時間歷程約為0.5s，具有突發(fā)性，給預(yù)報和主動控制帶來困難。

(2)切削力是關(guān)于切削速度的非線性函數(shù)，實(shí)驗測定其關(guān)系系數(shù)c1、c2、c3，對于預(yù)估切削系統(tǒng)相對穩(wěn)定的切削速度區(qū)域以及預(yù)估極限背吃刀量aplim，具有借鑒價值和指導(dǎo)意義。(3)在較大的切削速度范圍內(nèi)，存在一個或兩個相對穩(wěn)定的切削速度區(qū)域，如果公稱切削速度處于該穩(wěn)定區(qū)域，即使背吃刀量較大，系統(tǒng)也不易發(fā)生顫振，這種相對穩(wěn)定的切削速度區(qū)域是可以預(yù)估的。從抑制顫振的角度來看，高速切削優(yōu)于中低速切削。(4)在全程切削速度范圍內(nèi)，極限背吃刀量aplim指標(biāo)是個能預(yù)防顫振發(fā)生的有效指標(biāo)，如果背吃刀量ap<aplim，則可以避免顫振產(chǎn)生，本文依據(jù)能量原理推導(dǎo)了極限背吃刀量aplim的表達(dá)式，極限背吃刀量aplim表達(dá)式也解釋了變速切削技術(shù)抑制顫振的原理。

25二、切削顫振的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢：1.國內(nèi)外的總體研究現(xiàn)狀

我國在90年代初開始有關(guān)高速加工穩(wěn)定性的研究，主要內(nèi)容有：(1)吉林工業(yè)大學(xué)的于駿一：切削顫振及其預(yù)報。(2)華中科技大學(xué)的楊叔子：金屬切削過程顫振的特性分析。(3)北京工業(yè)大學(xué)的謝春柳和王民：切削系統(tǒng)動態(tài)特性的穩(wěn)定性研究。(4)同濟(jì)大學(xué)的李滬曾：振動的計算機(jī)仿真及數(shù)值方法。(5)浙江大學(xué)的李加種：切削中的振動機(jī)理的研究。外國在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)利用高速切削加工穩(wěn)定性的理論來提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量：(1)加拿大的AltintasY.：刀具的切削顫振機(jī)理與模型的研究。(2)日本的田中久隆、星鐵太郎：顫振穩(wěn)定性極限試驗及分析。(3)美國的SmithS.：系統(tǒng)的切削顫振動態(tài)特性研究。(4)

匈牙利的InspergerT.：切削顫振動力學(xué)模型的建立及相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用。(5)德國的SpurG.：振動的計算機(jī)仿真及數(shù)值方法。

262.高速加工穩(wěn)定性機(jī)理與模型研究現(xiàn)狀。3.切削顫振預(yù)測與控制研究現(xiàn)狀。

4.顫振的在線監(jiān)視與控制研究現(xiàn)狀。

5.切削顫振的發(fā)展趨勢(1)有限元法在高速切削穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用。

利用有限元法研究高速切削系統(tǒng)穩(wěn)定性相關(guān)問題，如切削溫度、切削力等。圖2-14所示為有限元法模擬高速切削溫度場所得的圖樣。

圖2-14有限元法模擬高速切削溫度場27(2)電流變技術(shù)在切削顫振控制中的應(yīng)用。

(3)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊識別的理論的應(yīng)用

(4)柔性制造環(huán)境下切削顫振的預(yù)報與切削顫振的綜合控制的結(jié)合。

將人工智能技術(shù)和電流變材料應(yīng)用于顫振預(yù)報和切削加工顫振在線抑制中，保證切削加工的穩(wěn)定性。利用智能型材料的固有頻率可由電場強(qiáng)度連續(xù)改變及材料的非線性振動特性，通過實(shí)驗完成顫振的在線控制方法。

一種是應(yīng)用模糊神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊理論可以對重構(gòu)信號的頻譜圖進(jìn)行模式分類，從而識別顫振發(fā)生的可能性；另一種是對振動信號的概率密度進(jìn)行在線估測，利用平穩(wěn)切削和顫振時振動信號概率密度函數(shù)差異明顯這一特點(diǎn)來對顫振進(jìn)行早期預(yù)報，都取得了一些成果。

柔性制造環(huán)境更貼近與現(xiàn)實(shí)的加工環(huán)境，它的加工工況、加工條件及加工對象特征的變化性大，使得各種工況下的加工過程特征變化大，可比性差，監(jiān)測閾值難以設(shè)定。

28

摩擦學(xué)是研究相對運(yùn)動物體間的摩擦、損傷(包括磨損)及其所有相關(guān)問題的科學(xué)。

1.切削摩擦學(xué)的特點(diǎn)

(1)接觸應(yīng)力非常高。

(2)切削溫度非常高。

切削工具切削部分與被加工材料間的接觸部分可用熱電偶測定其附近平均溫度，其數(shù)值經(jīng)常達(dá)到700~1200oC。

(3)摩擦表面不斷變化。

(4)切削部分材料應(yīng)具有高的紅硬性。

(5)損傷形態(tài)的多樣性。2.2.2切削摩擦學(xué)及其應(yīng)用292.切削工具損傷分類及術(shù)語

由于損傷失效形式的多樣性，各國學(xué)術(shù)界、工程界、切削工具制造廠商有不同分類、定義。在實(shí)際使用中造成一定的不便，各種損傷圖形請參閱圖2-15

(a)后刀面磨損

(b)前刀面磨損

(c)超高壓燒結(jié)體前刀面磨損

(d)超高壓燒結(jié)體后刀面磨損

(e)邊界(溝狀)磨損

(f)熱裂紋

30(h)積屑瘤熔接

(i)破損(崩刃)

(g)塑性變形

(j)缺損(微崩)

(k)剝離圖2-15各種損傷圖形31以高溫高壓燒結(jié)材料為主的金屬切削工具切削部分材料在切削運(yùn)動中的損傷可以分為以下幾大類：(1)磨損

磨損主要發(fā)生在刀具前刀面、主后刀面、副后刀面，刀尖。

其主要表現(xiàn)形式為(如圖2-16)

圖2-16典型刀具磨損形式的簡明示意圖32a.后刀面磨損(FlankWear)

b.前刀面磨損(CraterWear)

c.邊界磨損(或稱溝狀磨損GroovingWear)

(2)脆性損傷(BrittleFracture)

它的具體損傷形式有：

a.缺損(微崩)(Chipping)；b.破損(崩刃)(FractureBroken)；c.粘接、熔接造成的缺損、破損。缺損與破損在量上的區(qū)別較復(fù)雜，一般與切深大小有關(guān)(圖2-17)

圖2-17缺損與破損的區(qū)別33以上兩種損傷的原因主要是切削力，切削熱的變動造成瞬間與低循環(huán)反復(fù)的沖擊，使刀具局部應(yīng)力超過允許值而造成。圖2-18所示為硬質(zhì)合金刀片切削后，粘著物的電子探針(EPMA)線分析結(jié)果。

圖2-18硬質(zhì)合金刀片切削后粘結(jié)物的EPMA線分析結(jié)果脆性損傷在廣義上尚應(yīng)包括裂紋與剝離所產(chǎn)生的部分損傷。

34(3)裂紋(Crack)

它包括：a.熱裂紋(ThermalCracks)；b.疲勞裂紋(FatigueCracks)

(4)剝離(Flaking)

總結(jié)與脆性損傷有關(guān)的因素如圖2-19。圖2-19脆性損傷相關(guān)因素35(5)塑性變形(Plasticdeformation)

在重切削時，由于高溫高壓的作用，刀片材料硬度、強(qiáng)度不足，造成刀刃部分變形。刀具材料并未損失，通常呈現(xiàn)為前刀面塌下，后刀面隆起。刀刃伸出或后退。3.刀具的各類損傷及其相應(yīng)對策

(1)后刀面磨損

a.后刀面磨損大時，應(yīng)更換耐磨性更高的刀片材料

b.切削速度過高時(切削溫度高)，可予減低。c.后角較小時，可適當(dāng)增大，減少后刀面摩擦。d.進(jìn)給量太小時，可適當(dāng)增大。(2)前刀面磨損

a.選擇耐磨性更高的材料。

b.切削速度過高時，切削溫度高，可予減少。c.進(jìn)給量過高時，可予減少

d.增大前角，減少前刀面粗糙度

36(3)邊界磨損

a.選擇耐磨性更高的材料如前、后刀面提高耐磨性的方法

c.切削外表有白口層的工件時，除選擇更硬的刀具材料，并可降低進(jìn)給量b.適當(dāng)提高切削速度、進(jìn)給量

(4)缺損(微崩)與破損(崩刃)

a.選用韌性更好的刀片材料即與前述選擇耐磨性更高材料的方向相反選取

b.降低進(jìn)給量，為保證生產(chǎn)率可提高切削速度，選擇棱邊寬度更寬的斷屑槽型c.加大刃口修磨量(刃口倒棱、倒圓選得更大)或進(jìn)一步改為復(fù)合刃口處理(倒棱+倒圓)

d.加大刀桿尺寸，提高剛性。提高刀片定位夾緊剛性，同時提高工件安裝剛性

e.若刀片有較多熔接、粘接物，積屑瘤時可以提高切削速度達(dá)80m/min以上，增大前角。改選與切屑親和力小的刀片材質(zhì)。用涂層刀片，涂層中增加TiC含量、用金屬陶瓷、陶瓷刀片、CBN刀片等。選用適當(dāng)抗熔接冷卻潤滑油

37(5)裂紋

(6)剝離a.增大前角，使刃口鋒利。b.增大容屑槽，使切屑難以堵塞，使之排出順暢。(7)塑性變形a.用干式切削，即不用冷卻潤滑液，或避免使用水溶性冷卻液。b.必須冷卻潤滑時，用半干式切削(噴霧切削)，冷風(fēng)降溫，或用充足的冷卻潤滑液進(jìn)行濕式切削。c.選擇韌性更好的刀具材料。d.選相當(dāng)M20、M30的材料，因其耐熱裂紋性好。a.選用耐磨性及硬度更高的刀具材料。b.降低切削速度。c.減少切深，進(jìn)給量。d.選用導(dǎo)熱系數(shù)高的刀片材料。e.適當(dāng)采用冷卻潤滑液。384.硬質(zhì)合金刀具車削鈦合金時切削摩擦學(xué)特性

刀具磨損的SEM圖如圖2-20所示

(a)切削初期刀具的磨損形貌(100倍)

(b)刀具失效后的磨損形貌(100倍)

圖2-20刀具磨損的SEM圖片在切削過程中，刀具磨損在切削初期主要為前刀面月牙洼磨損及均勻后刀面磨損形態(tài)(圖2-20a)。

隨著切削時間的延續(xù)，前、后刀面磨損加劇，前刀面月牙洼磨損深度加大，均勻后刀面磨損寬度增加，最后，前刀面與后刀面磨損相連，形成新的不規(guī)則切削刃，切屑形態(tài)隨之發(fā)生變化，表面粗糙度值增大，刀具進(jìn)入劇烈磨損期。刀具最后的失效形態(tài)均為最大后刀面磨損VBmax達(dá)到0.6mm.39機(jī)械加工精度是指零件經(jīng)機(jī)械加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀、表面相互位置)與零件的理想幾何參數(shù)相符合的程度。符合的程度愈高，加工精度也愈高。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度.

表面粗糙度是指加工表面上所具有的較小間距和微小峰谷不平度微觀幾何形狀的尺寸特性。是評價產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。高速切削加工中，影響表面粗糙度的因素可以概括為四方面，如表2-2所示，刀具變量、工件變量、切削參數(shù)變量和切削過程變量。表2-2影響表面粗糙度的的主要因素影響因素備注刀具變量刀具材料：硬度；幾何參數(shù)：刀尖半徑、切削刃形狀；刀桿長度：懸伸量；刀片安裝誤差影響刀桿變形工件變量工件材料：硬度；工件尺寸：長度、直徑等切削參數(shù)變量切削速度v、切削深度ap、進(jìn)給量f、行間距L切削過程變量切削力、削溫度、刀具磨損、刀具軌跡、系統(tǒng)振動、系統(tǒng)剛度、切削方式動態(tài)影響2.1.3加工精度保障技術(shù)40K.Y.Lee等提出了一種表而粗糙度模擬方法，考慮到高速銑削中主軸振動對表面質(zhì)量的影響，改變常規(guī)切削的研究思路，用加速度信號代替切削力信號研究高速銑削表面粗糙度。建立了統(tǒng)計銑削模型，并分析了主軸變形、振動等因索對粗糙度的影響規(guī)律，如圖2-21，圖2-22所示。

圖2-21主軸切削加工變形圖圖2-22主軸變形對粗糙度影響的實(shí)驗分析圖413.理論模型車削：或者：

(2-15)其中，c，k，l，m為建模系數(shù)，由實(shí)驗來確定：－刀尖半徑（mm），－進(jìn)給量（mm/r），－切削速度（m/min），－切削深度（mm）。平面端銑：

(2-16)

(2-17)其中：

－每齒進(jìn)給量（mm/z）；R－刀具半徑（mm）；－刀齒數(shù)；

“+”－表示順銑；“-”－表示逆銑。平面立銑：

424.分析方法(1)回歸分析法一次回歸模型

A：

(2-19)

二次回歸模型B：

(2-20)

(2)TaguchiMethodAnalysis分析法(3)智能控制方法

實(shí)現(xiàn)智能控制的途徑主要有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家智能控制、模糊邏輯控制等方法。建立一個多項式模型，通過實(shí)驗確定回歸系數(shù)，這種方法的分析精度需要建立在大量實(shí)驗的基礎(chǔ)上，主要缺點(diǎn)就是所用實(shí)驗次數(shù)多，費(fèi)用高。

其中：

—估計值，y—實(shí)測值，—分析誤差基于矩陣?yán)碚撎岢龅膶?shí)驗設(shè)計方法431.智能切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計

(1)系統(tǒng)功能設(shè)計依據(jù)系統(tǒng)開發(fā)目的，設(shè)計其功能模型如圖2-23所示。圖2-23智能切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊2.1.4

切削參數(shù)優(yōu)化及專家系統(tǒng)44(2)系統(tǒng)工作原理智能化的切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)主要從3個不同方面按照各自方法來優(yōu)化參數(shù)。

一是數(shù)學(xué)模型方法

二是建立切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫

三是經(jīng)過本系統(tǒng)優(yōu)化如果得到的參數(shù)用戶覺得不合理，植入非優(yōu)切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫，以保證本系統(tǒng)優(yōu)化不會出現(xiàn)同樣的錯誤。

三種方法的優(yōu)化的結(jié)果再按照一定的切削參數(shù)優(yōu)化評價機(jī)制來實(shí)現(xiàn)最終的優(yōu)化，如圖2-24所示

圖2-24優(yōu)化系統(tǒng)工作原理452.系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)(1)可進(jìn)化的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化(a)約束條件

(b)目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)優(yōu)化一般來說可把加工時間t、加工成本、表面加工質(zhì)量等作為優(yōu)化的目標(biāo)標(biāo)函數(shù)，相關(guān)公式如下：(c)數(shù)學(xué)模型優(yōu)化其原理如圖2-25

圖2-25數(shù)學(xué)模型進(jìn)化原理46(2)可進(jìn)化的切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(a)數(shù)據(jù)關(guān)系和數(shù)據(jù)匹配

切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫主要包含切削參數(shù)數(shù)據(jù)表(進(jìn)給速度、切削深度、主軸轉(zhuǎn)速等)、加工環(huán)境信息表(機(jī)床信息、刀具信息、工件信息、工藝信息)、用戶評價信息表等，其數(shù)據(jù)之間對應(yīng)關(guān)系如圖2-26所示

圖2-26數(shù)據(jù)關(guān)系模型(b)數(shù)據(jù)庫進(jìn)化

473.切削參數(shù)優(yōu)智能化與評價機(jī)制如圖2-27所示，利用模糊控制理論來優(yōu)化三種切削參數(shù)信息。

切削參數(shù)信息表1為數(shù)學(xué)模型優(yōu)化方法得到的數(shù)據(jù)，切削參數(shù)信息表2為基于經(jīng)驗、知識和本系統(tǒng)優(yōu)化并得到用戶滿意的數(shù)據(jù)。圖2-27切削參數(shù)智能優(yōu)化機(jī)制模型優(yōu)化機(jī)制模糊推理規(guī)則為：如果表1與表2數(shù)據(jù)相似，則優(yōu)化參數(shù)為合理參數(shù)，否則優(yōu)化失敗。如果輸出參數(shù)與不合理參數(shù)數(shù)據(jù)表不相似，則優(yōu)化成功，否則優(yōu)化失敗。

484.基于遺傳算法的Pareto螺旋銑加工參數(shù)優(yōu)化螺旋銑是一種近幾年發(fā)展起來的先進(jìn)制孔工藝技術(shù)，主要針對航空工業(yè)中一些典型的難加工材料，如鈦合金和碳纖維材料，具有明顯的加工優(yōu)勢。螺旋銑加工原理示意圖如圖2-28所示。螺旋銑加工參數(shù)優(yōu)化的目的是為了指導(dǎo)切削加工，以保證加工質(zhì)量。因此在參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)的切削實(shí)驗，可以進(jìn)一步驗證優(yōu)化的效果，為實(shí)際切削加工提供參考。圖2-28螺旋銑加工原理示意圖49陶瓷刀具由于高溫性能好，其切削速度可比傳統(tǒng)刀具提高3~10倍，因而可以在現(xiàn)有的廠房、設(shè)備、動力條件下，使產(chǎn)品產(chǎn)量成倍增長，大幅度提高社會生產(chǎn)力。其次，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，越來越多地采用超硬難加工工件，以提高機(jī)器設(shè)備的使用壽命和工作性能。

1.陶瓷刀具的發(fā)展簡況2.氧化鋁基陶瓷刀具(1)純Al2O3陶瓷刀具圖2-31純Al2O3陶瓷斷口的SEM照片2.3.1

陶瓷刀具由于純Al2O3陶瓷刀具脆性大，易崩刃，因此未能廣泛使用。在圖2-31中可以看出，純Al2O3的斷裂模式主要為沿晶斷裂，晶粒平均尺寸為20μm，晶粒在燒結(jié)過程中異常長大非常嚴(yán)重，而且晶粒本身的強(qiáng)度很弱，故其抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性較低。

50(2)Al2O3—碳化物系陶瓷刀具在Al2O3中添加碳化物可以提高Al2O3陶瓷刀具的韌性，其中以添加TiC的Al2O3-TiC

陶瓷應(yīng)用最多。這類組合陶瓷有兩種：一種是在Al2O3中除添加碳化物外，還添加少量粘結(jié)金屬，亦稱金屬陶瓷；另一種是在Al2O3中只添加碳化物或碳化物的飽和固溶體制成的組合陶瓷。圖2-32Al2O3-TiC陶瓷刀具切削SKD11淬硬鋼時的磨損曲線(v=100m/min,ap=0.2mm,f=0.05mm/r,T=20min)金屬陶瓷比沒有加入金屬的組合陶瓷強(qiáng)度提高，但硬度降低。圖2-32所示為Al2O3-TiC陶瓷刀具在v=100m/min

條件下切削SKD淬硬鋼時，不同TiC含量對后刀面磨損量VB和月牙洼磨損量KT的影響。

在一般情況下，后刀面磨損是由磨粒磨損引起的，因此可以認(rèn)為，硬度越低、TiC含量越少的粗粒度陶瓷刀具，其VB值也越大。

51圖2-33是刀具產(chǎn)生剝落的實(shí)例照片

(a)前刀面

(b)后刀面

圖2-33Al2O3-TiC陶瓷刀具產(chǎn)生剝落時形貌圖2-34為月牙洼磨損的照片

圖2-34Al2O3-TiC陶瓷刀具產(chǎn)生剝落時形貌(被加工材料：SKD11淬硬鋼)52從VB和KT兩方面來分析剝落現(xiàn)象

圖2-35所示為用Al2O3-30%TiC陶瓷刀具加工淬硬鋼時VB和切削力的關(guān)系曲線。即使VB值增大,主切削力仍無明顯變化，但VB值一旦超過0.08mm，吃刀分力和進(jìn)給分力則會急劇增大。TiC含量越少且粒度越粗的刀具，其VB值越大，也越容易產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致抗剝落性能下降。圖2-35Al2O3-30%TiC陶瓷刀具后刀面磨損與切削力的關(guān)系圖2-36所示為月牙洼面上粘附物的狀況。

(a)Al2O3-10%TiC陶瓷刀具

(b)Al2O3-30%TiC陶瓷刀具

(c)Al2O3-50%TiC陶瓷刀具

圖2-36Al2O3-TiC刀具切削SKD11鋼20分鐘后月牙洼面上粘附物的金相組織

53

(3)添加氮化物、硼化物的Al2O3陶瓷刀具

Al2O3/ZrB2/ZrO2陶瓷刀具的設(shè)計。選擇A12O3相為基體，因為采用熱壓燒結(jié)技術(shù)后，此基體可以從經(jīng)濟(jì)和性能上達(dá)到最佳的性價比。添加ZrB2相是因為由于硼化物在摩擦高溫過程中很容易產(chǎn)生溶解有其他元素的硼的氧化物潤滑膜，該潤滑膜具有較低的剪切強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)自潤滑，同時可以協(xié)同完成顆粒彌散增韌的作用。添加ZrO2主要是利用其相變特性實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌化機(jī)理，以達(dá)到提高Al2O3陶瓷強(qiáng)度和韌性的目的。在Al2O3中添加氮化物的Al2O3—氮化物組合陶瓷刀具具有較好的抗熱震性能，其基本性能和加工范圍與Al2O3—碳化物金屬陶瓷刀具相當(dāng)，而氮化物組合陶瓷刀具更適于間斷切削，但其抗彎強(qiáng)度和硬度比Al2O3-TiC金屬陶瓷刀具低，有待進(jìn)一步研究改善。在Al2O3中添加TiB2作為粘結(jié)劑制成的陶瓷刀具，由于其組織成分為細(xì)晶粒的Al2O3以及連續(xù)的TiB2粘結(jié)相，保持了硼化物的“三維連續(xù)性”，因此具有極好的耐沖擊性和耐磨性。

54圖2-37為仿真模擬的刀具表面最高溫度與切削深度、切削速度的關(guān)系圖。圖2-38為Al2O3/ZrB2/ZrO2陶瓷刀具切削45號鋼的試驗圖片。

圖2-37模擬的刀具表面最高溫度與切削深度、切削速度的關(guān)系圖圖2-38Al2O3/ZrB2/ZrO2陶瓷刀具切削45鋼的試驗圖片(v=320m·min-1,ap=0.4mm)本研究以新制備的Al2O3/ZrB2/ZrO2陶瓷刀具為研究對象，基于材料性能參數(shù)和摩擦磨損試驗的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用有限元軟件建立切削仿真模型，更真實(shí)地模擬刀具和工件的切削狀態(tài)，準(zhǔn)確地掌握切削中溫度場的變化規(guī)律，從而使用更低成本來獲得切削用量的優(yōu)化值。

55圖2-39為切削深度ap為0.2mm穩(wěn)態(tài)時，不同切削速度下的紅外熱像溫度圖。切削中最高溫度點(diǎn)位置大體在刀具前刀面的月牙洼磨損處，與仿真情況很接近。

(a)80m·min-1(θmax=483℃)

(b)160m·min-1(θmax=708℃)(c)240m·min-1(θmax

=810℃)

(d)320m·min-1(θmax

=1029℃)圖2-39當(dāng)ap=0.2mm穩(wěn)態(tài)時不同切削速度下的紅外熱像溫度圖56圖2-40幾種刀具材料切削冷硬鑄鐵時耐用度比較圖2-41復(fù)合Si3N4刀具的后刀面磨損值與彌散相含量的關(guān)系(加工材料：CrWMn淬硬鋼時)3.氮化硅與復(fù)合氮化硅陶瓷刀具純β-Si3N4陶瓷刀具的耐用度是較低的。為了改善它的耐磨性，加入TiC、TiCN、TiC+TiN作為硬質(zhì)彌散相，以提高刀具材料的硬度，同時保留著較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，稱之為復(fù)合氮化硅陶瓷刀具

(見圖2-40和圖2-41)

5720世紀(jì)80年代初首鋼機(jī)運(yùn)公司采用復(fù)合Si3N4陶瓷刀具對硬度高達(dá)HRC60的球墨冷硬鑄鐵軋輥進(jìn)行粗精車(見圖2-42)。20世紀(jì)80年代初石家莊水泵廠開始采用復(fù)合Si3N4陶瓷刀具(見圖2-43)。順利地解決了一次硬化加工問題，免除了退火工藝，新的工藝過程變?yōu)殍T造→淬火硬化→用陶瓷刀具粗精加工。不僅節(jié)省了6天的退火時間，而且機(jī)加工工時也從過去的48h減少到8h。表明復(fù)合Si3N4陶瓷刀具不僅有很高的耐磨性，還有很好的抗沖擊能力。圖2-42首鋼用復(fù)合Si3N4刀具加工冷硬鑄鐵軋輥圖2-43石家莊水泵廠用復(fù)合Si3N4刀具對HRC60的Cr27高硬鑄鐵護(hù)板的加勁肋進(jìn)行斷續(xù)粗加工584.復(fù)合TiCN金屬陶瓷刀具圖2-44Si3N4加入量對TiCN金屬陶瓷材料的力學(xué)性能的影響近年來發(fā)展起來的TiCN金屬陶瓷刀具是以碳氮化鈦(TiCN)作為耐磨相，金屬M(fèi)o、Ni作為粘結(jié)相，經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的金屬陶瓷刀具材料。

59涂層技術(shù)對刀具的發(fā)展起到了巨大的促進(jìn)作用。刀具經(jīng)過涂層后可大幅度地延長使用壽命目前，刀具涂層技術(shù)主要分為兩大類：一是硬質(zhì)合金涂層刀具，二是高速鋼涂層刀具。1.硬質(zhì)合金涂層刀具研究現(xiàn)狀(1)涂層硬質(zhì)合金

瑞士PLATIT公司推出的最新涂層有：TiAlN單層、TiAlN多層、TiCN-MP(高韌性通用涂層)、CrN、TiAlCN、CBC(DLC，潤滑涂層)、等。TiAlN-TiN雙層涂層刀具的微觀結(jié)構(gòu)如圖2-45所示。涂層硬質(zhì)合金發(fā)展迅速，其產(chǎn)量大幅度增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已成功地應(yīng)用于銑削等重要加工工具。圖2-45TiAlN-TiN雙層涂層刀具

2.3.2

涂層刀具60(2)涂層基體材料

在涂層基體方面，不僅有各種專用涂層基體，而且日本、瑞典等國還開發(fā)出帶富鈷層的涂層基體，從而明顯地提高了涂層合金的強(qiáng)度和使用性能，擴(kuò)大了涂層合金的應(yīng)用范圍。改善涂層基體合金成分和組織有不同方法，其一是使基體表面形成梯度組織，其二是采用富鎢粘結(jié)相。為了盡可能防止由于裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致的材料失效，并有利于獲得高性能的硬質(zhì)合金切削工具材料，可對基體進(jìn)行梯度處理，使涂層基體表面區(qū)域形成缺立方相碳化物和碳氮化物的韌性區(qū)域，此區(qū)域的粘結(jié)劑含量高于涂層基體的名義粘結(jié)劑含量；當(dāng)涂層中形成的裂紋擴(kuò)展到該區(qū)域時，由于其良好的韌性，可以吸收裂紋擴(kuò)展的能量，因而能夠有效地阻止裂紋向合金內(nèi)部擴(kuò)展，提高硬質(zhì)合金切削工具的使用性能。

612.硬質(zhì)合金刀具的涂層方法、種類和工藝(1)涂層方法刀具的涂層方式有以下幾種：單涂層、多涂層、梯度涂層、軟/硬復(fù)合涂層、納米涂層、超硬薄膜涂層等，如圖2-46所示。

單涂層多涂層帶中間過渡層多涂層（納米結(jié)構(gòu)）厚度：（0.5-50μm）厚度：（0.5-50μm）厚度：（10-100nm）梯度涂層超硬涂層（CVD-DP/BN）硬/軟復(fù)合涂層（MoS2、WC/C、石墨等）圖2-46典型的涂層結(jié)構(gòu)62目前硬質(zhì)合金刀具涂層的方法仍以化學(xué)氣相沉積法(CVD)和物理氣相沉積法(PVD)為主，圖2-47為CVD和PVD涂層刀具中各種涂層材料所占的比例。

(a)CVD涂層刀具

(b)PVD涂層刀具

圖2-47CVD和PVD涂層刀具中各種成分所占的比例近年來，已有一些新的涂層方法出現(xiàn)，如等離子輔助化學(xué)氣相沉積(PACVD)、中溫化學(xué)氣相沉積(MTCVD)、溶膠-凝膠(Sol-Ge1)法、高速氧-燃?xì)鉄釃娡?HVOF)、真空陰極電弧沉積(VCAD)等方法。63(2)涂層種類硬質(zhì)合金涂層種類從單一化合物涂層朝著多元復(fù)雜化合物涂層發(fā)展，涂層層數(shù)也從幾層增加到十幾層的多層涂層，而多元復(fù)合涂層、多元復(fù)合納米涂層、金剛石涂層、CBN涂層將是未來涂層刀具的發(fā)展方向。

(3)涂層工藝a.化學(xué)涂層

CVD工藝制備的多層陶瓷涂層可阻擋裂紋的擴(kuò)展，提高刀具壽命，近年來發(fā)展較快。如山高刀具公司還開發(fā)了k-Al2O3與a-Al2O3相互交替的涂層刀具，如圖2-48所示。WALTER刀具公司開發(fā)生產(chǎn)了氧化鋁多層涂層刀具；肯納刀具公司開發(fā)了硬質(zhì)合金基體KC系列CVD氧化鋁多層涂層刀具。

圖2-48Ti(C,N)基k-Al2O3與a-Al2O3相互交替的涂層刀具64b.物理涂層

物理氣相沉積涂層(PVD)的進(jìn)展尤為引人注目，在爐子結(jié)構(gòu)、工藝過程、自動控制等方面都取得了重大進(jìn)展，不僅開發(fā)了適應(yīng)高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層，如超級TiAlN涂層，及綜合性能更好的TiAlCN通用涂層和CBC(DLC)、W/C減摩涂層，而且通過對涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新如開發(fā)納米、多層結(jié)構(gòu)，大大提高了涂層硬度和韌性。

測溫計真空泵脈沖偏壓電源反應(yīng)氣體中頻磁控濺射源非平衡磁控濺射源加熱器工作氣體自轉(zhuǎn)架離子源公轉(zhuǎn)架電弧源圖2-49多功能PVD涂層設(shè)備工作原理示意圖65圖2-50為多功能PVD涂層設(shè)備照片。本設(shè)備具有非平衡磁控濺射離子鍍、中頻磁控濺射離子鍍和電弧離子鍍?nèi)N功能。單獨(dú)的離子源可以用來輔助涂層的沉積，提高轟擊粒子的能量以提高鍍膜效果。基體的負(fù)偏壓用脈沖偏壓施加，以降低鍍膜中基體的溫度。圖2-50多功能PVD涂層設(shè)備照片c.其他涂層新工藝

涂層新工藝有等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)和離子束輔助沉積法(IBAD)等。PCVD法是利用等離子體來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，可將涂覆溫度降至600°C以下，使硬質(zhì)合金基體與涂層材料之間不產(chǎn)生擴(kuò)散、相變或交換反應(yīng)，可保持刀片原有的韌性。據(jù)報道，日本三菱公司在焊接式的硬質(zhì)合金鉆頭上采用了PCVD涂層，結(jié)果加工鋼料時的鉆頭壽命可比高速鋼鉆頭延長10倍，效率提高5倍。663.多元、復(fù)合涂層材料的應(yīng)用

在硬質(zhì)涂層材料方面，工藝最成熟和應(yīng)用最廣泛的是TiN。但TiN與基體結(jié)合強(qiáng)度不及TiC

涂層，涂層易剝落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時膜層易氧化而被燒蝕，因此Sandvik公司推薦用于加工鋼料的GC4OOO系列牌號及日本東芝公司T715ZX和T725X涂層硬質(zhì)合金牌號中均有TiCN涂層成分。TiCN基涂層刀具適于加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等材料，用于工件加工時切削效率可提高2~3倍。涂層材料中的MoS基軟涂層及WC/C“中硬”型滑性涂層均是較為新穎的涂層材料，采用一種(Ti,Al)N+MoS軟涂層的硬質(zhì)合金鉆頭干鉆削灰鑄鐵發(fā)動機(jī)缸體上的深孔時，刀具壽命高達(dá)1600min，而只涂TiN或TiCN涂層的鉆頭，其壽命僅分別為19.6min和44min。硬質(zhì)合金涂層種類從單一化合物涂層朝著多元復(fù)雜化合物涂層發(fā)展，涂層層數(shù)也從幾層到十幾層。多層涂層、多元復(fù)合涂層、多元復(fù)合納米涂層、金剛石涂層、CBN涂層將是未來涂層刀具的發(fā)展方向。67自潤滑刀具是指刀具材料本身具有減摩、抗磨和潤滑功能，可在無外加潤滑液或潤滑劑的條件下實(shí)現(xiàn)自潤滑切削加工，可顯著改善干切削過程的摩擦潤滑狀態(tài)。自潤滑刀具的應(yīng)用可減小摩擦與磨損，省去冷卻潤滑系統(tǒng)，減少設(shè)備投資，避免切削液造成的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。因此，自潤滑刀具是一種高效、潔凈的干切削刀具。

實(shí)現(xiàn)刀具本身自潤滑的方法有多種，可將其歸納為5種基本類型，如圖2-51所示：(1)添加固體潤滑劑的自潤滑刀具；(2)原位反應(yīng)自潤滑刀具；(3)軟涂層自潤滑刀具；(4)微織構(gòu)自潤滑刀具；(5)軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具。圖2-51自潤滑刀具的類型2.3.2

自潤滑刀具681.添加固體潤滑劑的自潤滑刀具添加固體潤滑劑的自潤滑刀具是將固體潤滑劑直接添加到刀具材料中，制備成含有固體潤滑劑的復(fù)合刀具。圖2-52添加CaF2固體潤滑劑的Al2O3/TiC/CaF2自潤滑陶瓷刀具在切削過程中的減摩模型干切削時，刀具前刀面的固體潤滑劑由于受到高溫、摩擦和切削力的作用，被“擠壓”出刀具表面，在切削溫度作用下，固體潤滑劑處于塑性狀態(tài)并被拖敷于刀具表面，形成固體潤滑膜，從而賦予刀具的自潤滑特性。圖2-52為添加CaF2固體潤滑劑的Al2O3/TiC/CaF2自潤滑陶瓷刀具在切削過程中的減摩模型。

692.原位反應(yīng)自潤滑刀具原位反應(yīng)自潤滑刀具是指利用切削高溫作用下的摩擦化學(xué)反應(yīng)，在刀具表面原位生成具有潤滑作用的反應(yīng)膜，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自潤滑。原位反應(yīng)自潤滑材料一般可以分為金屬基原位反應(yīng)自潤滑材料、非金屬基原位反應(yīng)自潤滑材料。當(dāng)切削速度較低，切削溫度較小時，刀具的磨損機(jī)制主要表現(xiàn)為磨料磨損；當(dāng)切削速度較高，刀具表面的硼化物在切削高溫作用下產(chǎn)生氧化，氧化物B2O3在切屑與前刀面之間起到固體潤滑的作用，此時，基體承受載荷，而摩擦則在氧化膜上進(jìn)行。由于硼的氧化物具有低的剪切強(qiáng)度，進(jìn)而可減小刀—屑間的摩擦系數(shù)（如圖2-53所示）。圖2-53Al2O3/ZrO2/ZrB2原位反應(yīng)自潤滑刀具干切削時刀-屑間平均摩擦系數(shù)隨切削速度的變化70圖2-54為Al2O3/ZrO2/ZrB2原位反應(yīng)自潤滑刀具干切削時前刀面磨損區(qū)XRD衍射譜圖。

Al2O3/ZrO2/ZrB2原位反應(yīng)自潤滑刀具在空氣中切削時，可見前刀面的磨損較為均勻，通過觀察刀具前刀面的EDX能譜圖，發(fā)現(xiàn)前刀面有B2O3的生成，其在高溫下具有一定的潤滑性。原位反應(yīng)自潤滑刀具具有較好的減摩和抗磨的作用，適合于高速干切削。圖2-54Al2O3/ZrO2/ZrB2原位反應(yīng)自潤滑刀具干切削淬硬鋼時刀具前刀面磨損區(qū)XRD衍射譜圖713.軟涂層自潤滑刀具軟涂層自潤滑刀具是指將固體潤滑劑通過涂層的辦法直接涂覆于刀具表面，從而實(shí)現(xiàn)刀具的自潤滑功能，這類涂層刀具也稱為自潤滑涂層刀具。

切削過程中，存在于刀具表面的固體潤滑膜會轉(zhuǎn)移到工件材料表面，形成轉(zhuǎn)移膜，使切削過程中摩擦發(fā)生在轉(zhuǎn)移膜和潤滑膜之間，使摩擦發(fā)生在固體潤滑膜內(nèi)部，從而可達(dá)到減小摩擦、阻止黏結(jié)、降低切削力和切削溫度、減小刀具磨損的目的。在目前MoS2軟涂層自潤滑刀具進(jìn)行了研究中，設(shè)計了4種軟涂層自潤滑刀具，分別是純MoS2涂層自潤滑刀具，MoS2/Ti涂層自潤滑刀具，MoS2/Zr涂層自潤滑刀具和MoS2/Cr涂層自潤滑刀具（如圖2-55所示）。圖2-554種軟涂層自潤滑刀具結(jié)構(gòu)示意圖72圖2-56為MoS2/Zr軟涂層刀具與普通刀具切削淬火鋼時后刀面磨損量對比。通過切削試驗發(fā)現(xiàn)，無論是在潤滑膜完整的狀態(tài)抑或邊界潤滑狀態(tài)下，由于表面“軟”涂層的存在，涂層刀具的摩擦力和摩擦系數(shù)均降低；MoS2/Zr“軟”涂層在刀具和切屑之間起到潤滑劑的作用，從而降低了刀具的磨損。圖2-56MoS2/Zr軟涂層刀具后刀面磨損量隨L的變化734.微織構(gòu)自潤滑刀具微織構(gòu)自潤滑刀具是指在刀具的刀—屑（刀—工）接觸區(qū)加工出微織構(gòu)，在微織構(gòu)中添加固體潤滑劑，切削時由于高溫的作用使微織構(gòu)中的固體潤滑劑軟化而拖敷于刀具表面，在刀—屑（刀—工）接觸區(qū)形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜，產(chǎn)生所謂的潤滑效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)刀具本身的自潤滑，以達(dá)到減小摩擦、降低磨損和提高刀具壽命的目的。圖2-57為微織構(gòu)自潤滑刀具切削過程中的減摩模型。

(a)微織構(gòu)自潤滑刀具切削開始前

(b)開始切削后固體潤滑劑析出并拖敷于刀具表面

(c)穩(wěn)定切削后在刀-屑（刀-工）接觸區(qū)形成連續(xù)的固態(tài)潤滑膜圖2-57微織構(gòu)自潤滑刀具切削過程中的減摩模型745.軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具是指通過飛秒激光等微細(xì)加工技術(shù)在刀具的刀—屑（刀—工）接觸區(qū)加工出微米或納米級別尺寸的具有一定排列的小孔、凹槽等形貌的點(diǎn)陣，然后通過物理氣相沉積法(PVD)在刀具表面涂層MoS2或WS2等軟涂層材料（如圖2-58所示）。軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具在切削時不僅能體現(xiàn)軟涂層自潤滑刀具的軟涂層自潤滑作用，還能產(chǎn)生微織構(gòu)自潤滑刀具的微織構(gòu)自潤滑效應(yīng)。(a)刀具微納米級織構(gòu)化(b)微織構(gòu)刀具軟涂層圖2-58軟涂層微織構(gòu)自潤滑刀具的加工工藝751.高速加工特點(diǎn)和現(xiàn)狀

高速切削技術(shù)因其具有高效、高精度、工序簡化等優(yōu)點(diǎn)而受到高度重視，得到了快速發(fā)展。高速切削技術(shù)已在航空航天、汽車、模具等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。圖2-59Salomin加工切削溫度與切削速度曲線2.4高速切削技術(shù)2.4.1高速加工特征與機(jī)理76圖2-60高速范圍與加工材料的關(guān)系圖根據(jù)相關(guān)資料，高速加工各種材料的切削速度范圍為：鋁及其合金達(dá)到2000~5500m/min；銅合金900~5000m/min；鑄鐵750~4500m/min；鋼及其合金500~1500m/min；鈦合金達(dá)150~1000m/min；淬硬鋼(35~65HRC)100~400m/min，最高達(dá)7500m/min；耐熱合金達(dá)90~500m/min。高速范圍與加工材料的關(guān)系圖，如圖2-60所示。高速切削范圍還與加工方法密切相關(guān)。一般來說，車削：700~7000m/min；銑削：300~6000m/min；鉆削：200~1100m/min；磨削：150m/min左右為高速車削。例如：在切削灰鑄鐵時，1000m/min以上才是高速車削，而400m/min就定義為高速鉆削。77零件形狀變得越來越復(fù)雜，高速切削也就顯得越來越重要。高速切削體系涉及的方面比較廣，如圖2-61所示。圖2-61高速切削體系中的關(guān)鍵技術(shù)78高速切削加工特點(diǎn)和優(yōu)勢：

1、切削力小，切削溫度低。

2、工件熱變形減少。和常規(guī)切削加工相比，高速切削加工切削力至少可降低30％，這對于加工剛性較差的零件(如細(xì)長軸、薄壁件)來說，可減少加工變形，提高零件加工精度。4、加工精度高、加工質(zhì)量好。

5、加工過程穩(wěn)定。

超高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5~10倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高5~10倍，這樣，單位時間材料切除率可提高3-6倍，因而零件加工時間通?？煽s減到原來的1/3。3、加工效率高。

高速旋轉(zhuǎn)刀具切削加工時的激振頻率高，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“機(jī)床—工件—刀具”系統(tǒng)的固有頻率范圍，不會造成工藝系統(tǒng)振動，使加工過程平穩(wěn)，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量。

6、可實(shí)現(xiàn)綠色制造。

792.高速切削加工機(jī)理高速切削時,存在著連續(xù)切屑和斷續(xù)切屑兩種類型：高速切削高導(dǎo)熱性、低硬度金屬或合金(如低碳鋼、鋁合金等)時易于形成連續(xù)切屑；高速切削低導(dǎo)熱性、密排六方多晶體結(jié)構(gòu)、高硬度材料(如鈦合金、超耐熱鎳合金、高硬度合金鋼)時易于形成斷續(xù)切屑。圖2-62不同速度加工硬度為325HB的40CrNiMoA的切屑形態(tài)Al2O3基陶瓷刀具高速車削45鋼件時形成的切屑形狀如圖2-62所示，其中進(jìn)給量為0.2mm/r，切削深度為5mm。工件材料及其性能和切削條件對切屑形態(tài)起主要作用，其中工件材料及其性能有決定性影響。80硬度較高和低熱物理特性KρC的工件材料如熱處理的鋼與合金鋼、鈦合金和超級合金，在寬切削速度范圍均形成鋸齒狀切屑，隨切削速度的提高，鋸齒化程度增高，直至形成分離的單元切屑。圖2-63為不同速度加工硬度為325HB的40CrNiMoA的切屑形態(tài)，速度由低到高時，切屑形態(tài)從連續(xù)切屑到最終分離的鋸齒形切屑變化較明顯。

(a)40m/min下連續(xù)切屑

(b)125.5m/min下連續(xù)切屑與鋸齒狀切屑過渡狀態(tài)

(c)250m/min下鋸齒狀切屑

(d)2600m/min下即將分離的鋸齒狀切屑

圖2-63不同速度加工40CrNiMoA的切屑形態(tài)81在高速切削范圍內(nèi)，隨切削速度提高，摩擦系數(shù)減少，剪切角

增大，切削力降低。圖2-64為PCBN刀具車削鑄鐵時的切削力變化。其中，軸向力Fx、徑向力Fy和切向力Fz。從圖中可以看出，隨著切削速度的提高切削合力逐漸降低。圖2-65為Al2O3基陶瓷刀具端銑調(diào)質(zhì)45鋼時的切削力變化圖，規(guī)律與前面相同。圖2-64PCBN刀具車削鑄鐵時的切削力圖2-65Al2O3基陶瓷刀具端銑調(diào)質(zhì)45鋼時的切削力821.高速切削機(jī)床基本結(jié)構(gòu)機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)有床身、底座和立柱等，高速切削會產(chǎn)生很大的附加慣性力，因而機(jī)床床身、立柱等必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和高水平的阻尼特性。圖2-66為不同的高速銑龍門結(jié)構(gòu)床身。第二代高速銑O形機(jī)床，具有大質(zhì)量的人造大理石床身，極高的熱穩(wěn)定性保證了極好的零件加工精度良好的吸振性能，是鑄鐵的6倍，可延長刀具壽命。

(a)第一代高速銑龍門結(jié)構(gòu)鑄鐵床身

(b)第二代高速銑O形結(jié)構(gòu)人造大理石床身

圖2-66不同的高速銑龍門結(jié)構(gòu)床身2.4.2高速切削機(jī)床832.高速主軸高速主軸由于轉(zhuǎn)速極高，主軸零件在離心力作用下產(chǎn)生振動和變形，高速運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦和大功率內(nèi)裝電機(jī)產(chǎn)生的熱會引起高溫和變形，所以必須嚴(yán)格控制。對高速主軸提出如下性能要求：高轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速范圍；(2)足夠的剛性和較高的回轉(zhuǎn)精度；(3)良好的熱穩(wěn)定性；(4)大功率；(5)先進(jìn)的潤滑和冷卻系統(tǒng)；(6)可靠的主軸監(jiān)測系統(tǒng)。將主軸電機(jī)和主軸合二為一，制成電主軸，實(shí)現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動，是高速主軸單元的理想結(jié)構(gòu)。84軸承是決定主軸壽命和負(fù)荷容量的關(guān)鍵部件。目前高速主軸主要采用3種特殊軸承：(1)陶瓷軸承，如圖2-67所示；(2)磁力軸承；(3)空氣軸承。圖2-67陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)高速主軸一般采用油空氣潤滑或噴油潤滑。采用油空氣潤滑后，軸承的DN值(主軸軸承孔徑與最大轉(zhuǎn)速的乘積)將比脂潤滑提高20%~50%。噴油潤滑的軸承極限轉(zhuǎn)速可達(dá)2.3~2.5×106r/min。853.高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)高速切削時，為了保持刀具每齒進(jìn)給量基本不變，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，進(jìn)給速度也必須大幅度地提高。

為了適應(yīng)進(jìn)給運(yùn)動高速化的要求，在高速加工機(jī)床上主要采用如下措施：(1)采用新型直線滾動導(dǎo)軌，直線滾動導(dǎo)軌中球軸承與鋼導(dǎo)軌之間接觸面積很小，其摩擦系數(shù)僅為槽式導(dǎo)軌的1/20左右，而且，使用直線滾動導(dǎo)軌后，“爬行”現(xiàn)象可大大減少；(2)高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用小螺距大尺寸高質(zhì)量滾珠絲杠，或粗螺距多頭滾珠絲杠，其目的是在不降低精度的前提下獲得較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速度；(3)高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)已發(fā)展為數(shù)字化、智能化和軟件化。高速切削機(jī)床已開始采用全數(shù)字交流伺服電機(jī)和控制技術(shù)；(4)為了盡量減少工作臺重量但又不損失剛度，高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)通常采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；(5)為提高進(jìn)給速度，更先進(jìn)、更高速的直線電機(jī)已經(jīng)發(fā)展起來。

864.高速CNC控制系統(tǒng)數(shù)控高速切削加工要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削時(特別是在4~5軸坐標(biāo)聯(lián)動加工復(fù)雜曲面時)仍具有良好的加工性能。高速CNC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力有兩個重要指標(biāo)：一是單個程序段處理時間，二是插補(bǔ)精度。5.高速切削機(jī)床冷卻系統(tǒng)6.高速切削機(jī)床安全防護(hù)與實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)圖2-68高速旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)的安全性要求87圖2-69高速銑削時在5000rpm時刀片甩出的面銑刀7.高速切削機(jī)床換刀裝置高速切削機(jī)床取消了換刀機(jī)械手，刀庫與工件并排放置，刀庫只作回轉(zhuǎn)分度運(yùn)動，由主軸部件作前后、上下、左右的直線運(yùn)動來放刀和取刀。

8.高速切削機(jī)床溫控系統(tǒng)為了改善高速加工機(jī)床的熱特性，一般采用溫控循環(huán)水(或其他介質(zhì))來冷卻主軸電機(jī)、主軸軸承、直線電機(jī)、液壓油箱、電氣柜，有的甚至冷卻主軸箱、橫梁、床身等大構(gòu)件。此外，還可采用低膨脹系數(shù)的鑄鐵來作高速機(jī)床的主軸箱體，以減少主軸的熱伸長和主軸部件的熱變形。圖2-69為高速銑削時在5000rpm時刀片甩出的面銑刀。刀具夾緊、工件夾緊必須絕對安全可靠，故工況監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性就變得非常重要。機(jī)床及切削過程的監(jiān)測包括：切削力監(jiān)測；機(jī)床主軸功率監(jiān)測；主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測；刀具破損監(jiān)測；主軸軸承狀況監(jiān)測等。

881.高速切削刀具材料針對生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的鋁合金、鑄鐵、鋼和耐熱合金等的高速切削,已發(fā)展的刀具材料主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂層刀具和金屬陶瓷(含氮TiC基硬質(zhì)合金)刀具等。2.高速切削刀具結(jié)構(gòu)高轉(zhuǎn)速引起的離心力在高速切削中會使抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性都較低的刀片發(fā)生斷裂，除損傷工件外，對操作者和機(jī)床會帶來危險。因此，高速切削刀具除了滿足靜平衡外還必須滿足動平衡要求。3.高速切削刀具幾何參數(shù)4.高速切削刀柄系統(tǒng)加工中心主軸與刀具的連接大多采用7：24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)，ISO，CAT，DIN，BT等都屬此類。圖2-70為不同高速切削刀柄照片。圖2-70不同高速切削的刀柄照片2.4.3高速切削刀具與刀柄89為提高刀具與機(jī)床主軸的連接剛性和裝夾精度，適應(yīng)高速切削加工技術(shù)發(fā)展的需要，相繼開發(fā)了刀柄與主軸內(nèi)孔錐面和端面同時貼緊的兩面定位的刀柄。圖2-71為不旋轉(zhuǎn)速度對刀體彈塑性變形的影響，從圖中可以看出高速時，刀體的彈塑性變形區(qū)域明顯增加。(a)50,000r/min

(b)55,000r/min

圖2-71不同旋轉(zhuǎn)速度對刀體彈塑性變形的影響901.切削參數(shù)的選擇

2.刀具材料的選擇

刀具材料的合理選擇遵循以下原則

(1)切削刀具材料與加工對象的力學(xué)性能匹配，主要指刀具與工件材料的強(qiáng)度、韌性和硬度等力學(xué)性能相匹配。(2)切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配，主要是指刀具與工件材料的熔點(diǎn)、彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、抗熱沖擊能力等物理參數(shù)要相匹配。

(3)切削刀具材料與加工對象的化學(xué)性能匹配主要是指刀具材料與工件材料化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和溶解等化學(xué)性能相匹配。3.切削路徑的選擇與優(yōu)化

切削路徑優(yōu)化的目的是提高刀具耐用度及切削效率，獲得最小的加工變形，提高機(jī)床走刀利用率，充分發(fā)揮高速加工的優(yōu)勢。(1)走刀方向的優(yōu)化。(2)刀位軌跡生成按照刀位路徑盡可能簡化、盡量走直線、路徑盡可能光滑。

(3)柔性加減速和斷刀的幾率。

2.4.4高速切削工藝91

4.加工誤差綜合動態(tài)補(bǔ)償技術(shù)

高速切削加工中誤差產(chǎn)生的主要原因有伺服系統(tǒng)的滯后、加減速引起的滯后、插補(bǔ)周期引起的形狀誤差、數(shù)控系統(tǒng)的輪廓誤差等。目前采用的補(bǔ)償技術(shù)有：溫度補(bǔ)償、象限補(bǔ)償、絲杠誤差補(bǔ)償、納米插補(bǔ)、加減速預(yù)測及控制伺服電機(jī)最佳加減速轉(zhuǎn)矩、進(jìn)行前瞻性控制、刀具長度補(bǔ)償、刀具中心點(diǎn)及半徑補(bǔ)償、沖擊控制等。

高速切削具有加工效率高、加工精度高、單件加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。高速加工和傳統(tǒng)加工工藝有所不同，傳統(tǒng)加工認(rèn)為，高效率來自低轉(zhuǎn)速、大切深、緩進(jìn)給、單行程，而在高速加工中，高轉(zhuǎn)速、中切深、快進(jìn)給、多行程則更為有利。高速切削作為一種新的切削方式。目前，尚沒有完整的加工參數(shù)表可供選擇，也沒有較多的加工實(shí)例可供參考，還沒有建立起實(shí)用化的高速切削數(shù)據(jù)庫，在高速加工的工藝參數(shù)優(yōu)化方面，也還需要作大量的工作。高速切削NC編程需要對標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)程加以修改。零件程序要求精確并必須保證切削負(fù)荷穩(wěn)定。目前，Cimatron，Mastercam，UG，Pro/E等CAM軟件，都已添加了適合于高速切削的編程模塊。

92

1.超精密加工的內(nèi)涵

2.5超精密加工技術(shù)2.5.1超精密加工內(nèi)涵與特征超精密加工技術(shù)是一門集機(jī)械、光學(xué)、電子、計算機(jī)、測量和材料科學(xué)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。目前，超精密加工技術(shù)通常是指被加工零件的尺寸精度低于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm

的加工技術(shù)。按照加工方式的不同，超精密加工可分為超精密切削、超精密磨料（固結(jié)磨料和游離磨料）加工、超精密特種加工及復(fù)合加工。超精密加工技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位的國家有美國、英國和日本。美國LLL國家實(shí)驗室以發(fā)展國防尖端技術(shù)為主要目標(biāo)于1983年研究開發(fā)的大型金剛石超精密車床DTM－3的加工精度可達(dá)到形狀誤差為28nm（半徑），圓度和平面度為12.5nm，加工表面粗糙度Ra4.2nm，該機(jī)床與LODTM是現(xiàn)在世界上公認(rèn)的技術(shù)水平最高、精度最高的大型超精密金剛石車床，如圖2-72所示。

93(a)單晶金剛石飛銑加工的激光系統(tǒng)用KDP晶體(長寬42cm,厚1cmm,粗糙度2nmrms)

(c)LODTM大直徑光學(xué)超精密車床照片

(d)LODTM大直徑光學(xué)超精密車床照片圖2-72LODTM超精密機(jī)床加工的零件與機(jī)床圖

(b)LODOM加工的美國宇航局用的拋物面鏡最終形狀誤差150nm

(c)LODTM大直徑光學(xué)超精密車床照片

(d)LODTM大直徑光學(xué)超精密車床照片

圖2-72LODTM超精密機(jī)床加工的零件與機(jī)床圖94超精密加工技術(shù)是指被加工零件所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0.01μm的加工技術(shù)，亦稱之為亞微米級加工技術(shù)，且正在向納米級加工技術(shù)發(fā)展。精密加工與超精密加工的發(fā)展趨勢圖，如圖2-73所示。

圖2-73精密加工與超精密加工的發(fā)展951.概述所謂的鏡面銑削就是用普通的銑削加工方法獲得被加工表面只有磨削加工才能達(dá)到的表面粗糙度和平面度。鏡面銑削加工的原理就是在普通的銑削加工基礎(chǔ)上，采用特殊的專用刀具，配合科學(xué)合理的切削參數(shù)，用銑削平面的理念進(jìn)行加工完成。鏡面