基于六爪棘輪調(diào)角機構(gòu)的坡口銑床設(shè)計

目錄TOC\o"1-3"\u一、引言 21.1、銑床的歷史： 21.2銑床的基本知識 41.3、銑床的發(fā)展概況 5二、方案設(shè)計與比較 72.1銑床的技術(shù)參數(shù)要求 72.2動力頭的選擇 72.3動力參數(shù)的確定 72.4電動機的選擇 82.5進給機構(gòu)方案確定 82.6升降機構(gòu)的方案確定 92.7、調(diào)角機構(gòu)的方案確定 9三、主要零件的設(shè)計與計算 133．1導(dǎo)軌的設(shè)計與強度計算 133.1.1導(dǎo)軌功用、分類和應(yīng)滿足的要求 133.1.2導(dǎo)軌的選擇： 133.1.3滑動導(dǎo)軌壓強的計算 163.1.4導(dǎo)軌間隙的調(diào)整： 173.2蝸輪蝸桿的設(shè)計與參數(shù)確定 173.2.1蝸桿的參數(shù)計算 183.2.2渦輪參數(shù)設(shè)計 203.2.3齒根彎曲疲勞強度校核 203.2.4精度等級公差和表面粗糙度的確定 213.3絲桿傳動設(shè)計及計算 213.3.1絲桿的特點及應(yīng)用 213.3.2絲桿傳動設(shè)計及計算 223.4蝸桿軸的設(shè)計與計算： 243.5齒輪的設(shè)計計算 253.6蝸桿與減速箱的連接 28參考文獻 29設(shè)計總結(jié) 30附1外文資料及翻譯 30附1外文資料及翻譯 31High-speedmachininganddemandforthedevelopment 31高速切削加工的發(fā)展及需求 39附2：工程圖： 44

一、引言1.1、銑床的歷史：最早的銑床是由美國人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床，為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺萬能銑床，這是升降臺銑床的雛形；1884年前后又出現(xiàn)了龍門銑床；二十世紀20年代出現(xiàn)了半自動銑床，工作臺利用擋塊可完成“進給-決速”或“決速-進給”的自動轉(zhuǎn)換。

1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動化程度。尤其是70年代以后，微處理機的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。升降臺銑床：升降臺銑床有萬能式、臥式和立式幾種，主要用于加工中小型零件，應(yīng)用最廣；龍門銑床包括龍門銑鏜床、龍門銑刨床和雙柱銑床，均用于加工大型零件；單柱銑床的水平銑頭可沿立柱導(dǎo)軌移動，工作臺作縱向進給；單臂銑床的立銑頭可沿懸臂導(dǎo)軌水平移動，懸臂也可沿立柱導(dǎo)軌調(diào)整高度。單柱銑床和單臂銑床均用于加工大型零件。儀表銑床:儀表銑床是一種小型的升降臺銑床，用于加工儀器儀表和其他小型零件；工具銑床主要用于模具和工具制造，配有立銑頭、萬能角度工作臺和插頭等多種附件，還可進行鉆削、鏜削和插削等加工。其他銑床還有鍵槽銑床、凸輪銑床、曲軸銑床、軋輥軸頸銑床和方鋼錠銑床等，它們都是為加工相應(yīng)的工件而制造的專用銑床。切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料層切去，使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。

任何切削加工都必須具備三個基本條件：切削工具、工件和切削運動。切削工具應(yīng)有刃口，其材質(zhì)必須比工件堅硬；不同的刀具結(jié)構(gòu)和切削運動形式，構(gòu)成不同的切削方法。用刃形和刃數(shù)都固定的刀具進行切削的方法有車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削、拉削和鋸切等；用刃形和刃數(shù)都不固定的磨具或磨料進行切削的方法有磨削、研磨、珩磨和拋光等。

切削加工是機械制造中最主要的加工方法。雖然毛坯制造精度不斷提高，精鑄、精鍛、擠壓、粉末冶金等加工工藝應(yīng)用日廣，但由于切削加工的適應(yīng)范圍廣，且能達到很高的精度和很低的表面粗糙度，在機械制造工藝中仍占有重要地位。畜力驅(qū)動銑削大銅環(huán)

切削加工的歷史可追溯到原始人創(chuàng)造石劈、骨鉆等勞動工具的舊石器時期。在中國，早在商代中期(公元前13世紀)，就已能用研磨的方法加工銅鏡；商代晚期(公元前12世紀)，曾用青銅鉆頭在卜骨上鉆孔；西漢時期(公元前206～公元23)，就已使用桿鉆和管鉆，用加砂研磨的方法在“金縷玉衣”的4000多塊堅硬的玉片上，鉆了18000多個直徑1～2毫米的孔。

17世紀中葉，中國開始利用畜力代替人力驅(qū)動刀具進行切削加工。如公元1668年，曾在畜力驅(qū)動的裝置上，用多齒刀具銑削天文儀上直徑達2丈(古丈)的大銅環(huán)，然后再用磨石進行精加工。

18世紀后半期，英國工業(yè)革命開始后，由于蒸汽機和近代機床的發(fā)明，切削加工開始用蒸汽機作為動力；到19世紀70年代，切削加工中又開始使用電力。

對金屬切削原理的研究始于19世紀50年代，對磨削原理的研究始于19世紀80年代，此后各種新的刀具材料相繼出現(xiàn)。19世紀末出現(xiàn)的高速鋼刀具，使刀具許用的切削速度比碳素工具鋼和合金工具鋼刀具提高兩倍以上，達到25米/分左右；1923年出現(xiàn)的硬質(zhì)合金刀具，使切削速度比高速鋼刀具又提高兩倍左右；30年代以后出現(xiàn)的金屬陶瓷和超硬材料(人造金剛石和立方氮化硼)，進一步提高了切削速度和加工精度。

隨著機床和刀具的不斷發(fā)展，切削加工的精度、效率和自動化程度不斷提高，應(yīng)用范圍也日益擴大，從而大大促進了現(xiàn)代機械制造業(yè)的發(fā)展。

金屬材料的切削加工有許多分類方法，常見的有按工藝特征、按材料切除率和加工精度、按表面成型方法三種分類方法。

切削加工的工藝特征決定于切削工具的結(jié)構(gòu)，以及切削工具與工件的相對運動形式。因此按工藝特征，切削加工一般可分為：車削、銑削、鉆削、鏜削、鉸削、刨削、插削、拉削、鋸切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、拋光、齒輪加工、蝸輪加工、螺紋加工、超精密加工、鉗工和刮削等。1.2銑床的基本知識（一）銑床加工范圍：可加工水平面，臺階面，垂直面，齒輪，齒條，各種溝槽（直槽，T型槽，燕尾槽，V型槽）或成形面等。（二）銑床加工特點：加工范圍廣，適合批量加工，效率高。銑刀屬多齒工具，根據(jù)刀具的不同，出現(xiàn)斷續(xù)切削，刀齒不斷切入或切出工件，切削力不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生沖擊或振動，影響加工精度和工件表面粗糙度。銑床加工精度為179—177。表面粗糙度為Ra6.3-1.6um。（三）銑削加工與銑削工藝：eq\o\ac(○,1)銑削加工銑削加工是在銑床上利用銑刀旋轉(zhuǎn)對工件進行砌學(xué)加工方法。銑刀是旋轉(zhuǎn)的多刃刃具。銑削是多刃加工，且銑刀可使用較大的切削速度，無空回程，故生產(chǎn)效率高。eq\o\ac(○,2)銑削用量它包括銑削速度，進給量和銑削寬度和深度。a、切削速度Vc：切削速度即為銑刀最大直徑的線速度：Vc=πdn/1000m/min進給量：指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。有三種方式：每齒進給量fzmm/z每圈進給量fmm/r每分鐘進給量mm/nim銑床多用于每分鐘進給量γf=f·n=fz·znmm/nimc、背吃刀量;也就是切削深度ap,它是沿銑刀軸線方向測量的切削層尺寸。d、側(cè)吃刀量:就是切削寬度ae,它是沿垂直與銑刀軸線上的測量的切削層尺寸。eq\o\ac(○,3)選擇銑削用量的次序:首先選擇較大的銑削寬度、深度，其次是加大進個量。最后才是根據(jù)刀具耐用度的要求，選擇適宜的銑削速度。（四）銑削方式1、逆銑:銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相反的銑削形式稱為逆銑。2、順銑:銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相同的銑削方式稱順銑。3、端銑:端銑的銑削方式有對稱和不對稱銑削兩種。銑削時銑刀的軸線位于工件中心，這種銑削稱為對稱銑削。銑刀的軸線偏于工件的一側(cè)時的銑削，稱為不對稱銑削。1.3、銑床的發(fā)展概況高速銑削加工（HighSpeedMilling,HSM）以其巨大的優(yōu)勢，迅速成為現(xiàn)代加工制造領(lǐng)域最重要的加工手段之一，也是衡量一個國家裝備制造水平的重要標志。因為高速切削加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶等關(guān)系到國計民生的重要領(lǐng)域，也代表著現(xiàn)代切削制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。近幾年來，我國對數(shù)控機床需求急劇增加，2000年至2005年，我國數(shù)控金切機床產(chǎn)量從14053臺躍至59639臺，年增長率為33.5％。我國金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率從1996年的11.6％提高到2005年的47.3％。這表明我國的數(shù)控機床行業(yè)有了極大的發(fā)展。另一方面，我國數(shù)控機床進口額連年激增，從2001年的24.1億美圓增至2005年的64.95億美圓，國有數(shù)控機床的市場占有率卻呈現(xiàn)出逐年下滑的趨勢，尤其是高速、高精度多軸機床，幾乎完全依賴進口。這些數(shù)據(jù)可以看出我國的機床制造業(yè)尤其是高端加工中心落后于發(fā)達國家。因此，國家在“十五”、“十一五”規(guī)劃中都把以數(shù)控機床為核心的裝備制造作為重大專項，以期在這方面有所突破。數(shù)控技術(shù)是一門集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械電子技術(shù)以及計算機圖形處理技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)。其中NC編程是這一技術(shù)的靈魂。NC編程成為各種CAM軟件的核心。因為NC編程直接影響著數(shù)控機床的使用效率和加工質(zhì)量。所以國內(nèi)外投入了大量的人力和物力來提高CAD/CAM軟件的編程效率，加工效果以及智能化水平?，F(xiàn)代高速切削加工發(fā)展概況由于目前絕大部分的機械零件必須經(jīng)過切削加工實現(xiàn)，切削加工在機械制造中占用十分重要的地位。經(jīng)濟全球化使制造國際化，因此競爭也越來越激烈。如何提高效益、降低成本、加快產(chǎn)品開發(fā)周期成為每一個面對市場競爭的企業(yè)的迫切愿望。高速切削加工所具有的明顯優(yōu)勢，近年來得到廣泛應(yīng)用并迅速發(fā)展。高速銑削加工（HighSpeedMilling，簡稱HSM）的概念源于德國切削物理學(xué)家C.J.Salomon博士于1931年所提出的著名切削實驗及物理引申，他認為對應(yīng)一定的工具材料有一個臨界切削速度，達到此溫度切削溫度最高。當超過這一臨界切削速度，切削溫度反而會降低，而大幅度提高機床的生成效率。高速銑削加工技術(shù)作為一門新興的技術(shù)，以其與傳統(tǒng)加工相比無可比擬的優(yōu)點，在加工制造業(yè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，也帶來了巨大的經(jīng)濟效益。我國要實現(xiàn)由制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的跨越，必須有強大的制造裝備業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)體系作支撐。我國目前的高速數(shù)控技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。但是，我國還缺少高速銑削加工的核心技術(shù)，還有許多基礎(chǔ)性的研究工作有待開展，這也是我國走向制造業(yè)強國的必由之路。

二、方案設(shè)計與比較2.1銑床的技術(shù)參數(shù)要求eq\o\ac(○,1)工作臺行程3600mm，運動速度200mm/min；eq\o\ac(○,2)動力頭滑臺行程100mmeq\o\ac(○,3)刀架垂直行程560mm；eq\o\ac(○,4)銑刀頭調(diào)節(jié)手動，調(diào)節(jié)角度90度；eq\o\ac(○,5)銑刀頭功率5.5KW。2.2動力頭的選擇根據(jù)加工要求和機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并考慮到經(jīng)濟因素，選擇型號為ITX32的動力頭，該銑削動力頭功率大、剛性好、切削平穩(wěn)、精度高、操作調(diào)整方便。同時此動力頭具有普通級、精密級和高精密級三種，能夠與四種傳動裝置即ING皮帶傳動、1NGb頂置式齒輪傳動、INGc尾置式齒輪傳動INGd手柄變速齒傳動裝置配套使用。該動力頭的參數(shù)如下：電機功率為5.5KW，電機轉(zhuǎn)速為960r/min，刀盤直徑為125-315mm，配套傳動裝置及主軸轉(zhuǎn)速為ING32500-1600r/min，主軸滑套直徑為190mm，主軸滑套移動量為80mm，主軸中心高為160mm，主軸前軸承軸徑為90mm，選用頂置式，整體重量為305kg。2.3動力參數(shù)的確定動力參數(shù)一般是指機床的電動機的功率，由于該機床屬于專用機床，銑刀頭的功率為5.5KW，因此，主運動驅(qū)動電動機的功率為5.5KW。確定進給驅(qū)動電機的功率，由于進給運動的速度較低，空載時的功率很小，在計算時可以忽略，所以進給驅(qū)動電機的功率取決于進給的有效功率和傳動件的機械效率，即式中：進給驅(qū)動電動機功率（KW）；Q進給抗力（N）；進給速度（m/min）；進給傳動系統(tǒng)的總機械效率（一般情況下取0.15～0.2）。初步選去進給驅(qū)動電動機的功率為5.5KW。2.4電動機的選擇此坡口銑床需要兩個功率在4.0KW以上，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動機，其安裝形式均為B201101，通過查機械設(shè)計手冊選得：一、1號電動機Y112M-4，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率4.0KW，轉(zhuǎn)速1440r/min，額定電流8.77A，效率84.5%，功率因數(shù)0.82，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.2，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.2，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為7.0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量GD2為0.095N*㎡，重量為43㎏。二、2號電動機Y132S-4，技術(shù)數(shù)據(jù)如下：額定功率5.5KW，轉(zhuǎn)速1440r/min，額定電流11.6A，效率85.5%，功率因數(shù)0.84，最大轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.2，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)距/額定轉(zhuǎn)距為2.2，堵轉(zhuǎn)電流/額定電流為7.0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量GD2為0.214N*㎡，重量為68㎏。2.5進給機構(gòu)方案確定方案1;采用滾動絲杠螺母機構(gòu)。由電動機聯(lián)軸傳動帶動減速箱蝸輪蝸桿傳動，通過滾動絲杠螺母機構(gòu)帶動動力滑臺在導(dǎo)軌上進行橫向進給運動。方案2由電動機通過聯(lián)軸器帶動減速箱蝸輪蝸桿傳動，通過齒輪傳動連接導(dǎo)軌上滑輪運動。方案確定：由機床精確度及傳動過程考慮，滾動絲杠螺母機構(gòu)更精確，但成本較高，強度不夠易損壞，且維修護理費用較高，滑輪傳動較粗糙且精度不高，但是價格低廉?？紤]到加工的板件需要精度不高，選用方案2.2.6升降機構(gòu)的方案確定動力頭根據(jù)加工要求的不同需要進行升降運動，方案如下：方案1：通過鋼絲繩的牽引進行升降運動。方案2：采用滑動絲杠螺母機構(gòu)。由電動機通過蝸輪蝸桿傳動帶動絲杠螺母上下升降運動。方案3：采用液壓缸千斤頂式機構(gòu)通過手動操作進行升降運動。方案確定：因為切削運動需要較為精確的升降行程和角度，由液壓缸來進行升降運動顯得太笨重，操作不便，精度也不高。而鋼絲繩結(jié)構(gòu)簡單成本較低、維修方便但是它運動平穩(wěn)度不夠，容易引起較大的誤差，而滑動絲桿螺母機構(gòu)具有降速比大、運動平穩(wěn)和運動精度高、軸向牽引力大、自鎖性能好等優(yōu)點，但也有傳動效率不高、剛度較低等缺點。為實現(xiàn)較高精度的升降行程，故選取方案2。2.7、調(diào)角機構(gòu)的方案確定銑刀頭手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)角度為90度。方案1：采用雙槽盤式分度機構(gòu)實現(xiàn)，如下圖：動力從齒輪1傳入，當加工需要進行角度調(diào)整的時候，動力從齒輪1傳入，通過機械擋塊和杠桿的作用，使離合器左移接合，同時把分度定位爪從槽盤1和2的槽口中拔出。運動經(jīng)離合器傳給傳動軸I，再經(jīng)齒輪2、3分別傳給齒輪4、5。由于兩對齒輪的傳動比不同，所以當齒輪4和5開始轉(zhuǎn)動后，兩個槽盤上的槽口就錯開，因所以只有當齒輪5轉(zhuǎn)過4轉(zhuǎn)，齒輪4轉(zhuǎn)過5轉(zhuǎn)后，此時兩個槽盤的槽口才能重新對準，分度定位爪在彈簧的作用下又進入兩個槽口中將其定位，同時操縱機構(gòu)將離合器脫開，再經(jīng)過掛輪等其它傳動環(huán)節(jié)，使銑刀頭轉(zhuǎn)動一定的角度。圖2-1雙槽盤式分度機構(gòu)工作原理圖1、齒輪12、離合器3、齒輪24、槽盤15、槽盤26、齒輪37、齒輪48、分度定位爪9、齒輪5I、傳動軸II、轉(zhuǎn)軸方案2：采用渦輪蝸桿進行角度的調(diào)節(jié)。蝸桿轉(zhuǎn)動就帶動渦輪轉(zhuǎn)動，而渦輪安裝于調(diào)角機構(gòu)的中心軸上面，從而帶動軸的轉(zhuǎn)動。方案3：采用六爪棘輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)角，六爪棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如下圖。六個棘爪作為一個整體，每次控制棘輪轉(zhuǎn)動的角度為六度，以每轉(zhuǎn)六度作為一次循環(huán)，所以棘輪齒數(shù)Z而01～06號棘爪控制棘輪轉(zhuǎn)動的角度分別為6度、1度、2度、3度、4度、5度。

六爪棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖2-2六爪棘輪工作過程：從圖示位置開始，01號棘爪限制棘輪的反轉(zhuǎn)時，其它棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動1度后，02號棘爪進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，01號棘爪和其余棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動2度后，03號棘爪進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，其余棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動3度后，04號棘爪進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，其余棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動4度后，05號棘爪進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，其余棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動5度后，06號棘爪進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，其余棘爪處于非工作狀態(tài)；棘輪順時針轉(zhuǎn)動6度后，01號棘爪再次進入工作狀態(tài)，限制棘輪的反轉(zhuǎn)，其余棘爪處于非工作狀態(tài)，完成一循環(huán)。另外還配有一個止動磨盤，用來輔助六爪棘輪機構(gòu)。方案確定：雙槽盤式分度機構(gòu)結(jié)構(gòu)傳動比較精確，但是較為復(fù)雜且維修困難，制造不便，成本高，操作較繁瑣。蝸輪蝸桿傳動簡單易操作，但精度不高，故選擇方案3六爪棘輪機構(gòu)。依據(jù)以上各個部件的方案確定初步選定坡口銑床如下圖所示：圖2-3整體方案設(shè)計圖

三、主要零件的設(shè)計與計算3．1導(dǎo)軌的設(shè)計與強度計算3.1.1導(dǎo)軌功用、分類和應(yīng)滿足的要求（一）導(dǎo)軌的功用和分類導(dǎo)軌的作用是導(dǎo)向和承載．在導(dǎo)軌副中，運動的一方叫做動導(dǎo)軌，不動的一方叫做支承導(dǎo)軌．動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌只能有一個自由度的運動，以保證單一方向的導(dǎo)向性．通常動導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌作直線運動或者旋轉(zhuǎn)運動．導(dǎo)軌按運動性質(zhì)分有主運動導(dǎo)軌、進給運動導(dǎo)軌和移置導(dǎo)軌三類。若按摩擦性質(zhì)分則又可以分成滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌兩類。還有一種分類把導(dǎo)軌分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。（二）導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求：導(dǎo)軌應(yīng)滿足的要求包括對導(dǎo)軌的一般要求、對導(dǎo)軌的精度和光潔度的要求。對導(dǎo)軌的一般要求有以下這些：①導(dǎo)向精度；②精度保持性；③低速運動的平穩(wěn)性；④機構(gòu)簡單、工藝性好。

對導(dǎo)軌的精度和光潔度的要求：①幾何精度；②接觸精度；③表面光潔度。（三）導(dǎo)軌的精加工導(dǎo)軌精加工的方法有精刨（精銑）、磨削和刮研等幾種。精刨可以滿足普通精度機床導(dǎo)軌的精度和光潔度要求，而且成本低、生產(chǎn)率高。磨削精加工導(dǎo)軌面能夠達到較高的精度和表面光潔度，生產(chǎn)率也高，而且是加工淬硬導(dǎo)軌的唯一方法。磨削最初只用來精加工支承導(dǎo)軌，與其配合的動導(dǎo)軌則采用配刮，現(xiàn)在動導(dǎo)軌可以配磨，甚至互換。導(dǎo)軌的磨削方式有周邊磨削和端面磨削兩種。周邊磨削與端面磨削相比，質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，已經(jīng)逐漸取代了端磨。刮研可以達到最高的精度，同時還具有變形小、接觸好、表面可以存油的優(yōu)點。它的缺點是勞動強度大、生產(chǎn)率低。這種加工方式至今還被應(yīng)用于高精度機床導(dǎo)軌的精加工上，例如座標鏜床和導(dǎo)軌磨床導(dǎo)軌的精加工。3.1.2導(dǎo)軌的選擇：參考表如下：導(dǎo)軌的類型主要特點普通滑動導(dǎo)軌（滑動導(dǎo)軌）結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便在未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行磨損大、壽命低、運動精度不穩(wěn)定。塑料導(dǎo)軌動導(dǎo)軌表面貼塑料軟帶等與鑄鐵或鋼導(dǎo)軌搭配，摩擦系數(shù)小，且動、靜摩擦系數(shù)相近，不易爬行。貼塑工藝簡單剛度低、耐熱性差，容易蠕變。鑲鋼、鑲金屬導(dǎo)軌在支承導(dǎo)軌上鑲裝有一定硬度的鋼板或鋼帶，提高導(dǎo)軌的耐磨性，改善摩擦或滿足焊接床身結(jié)構(gòu)的需要在動導(dǎo)軌上鑲有青銅之類的金屬防止咬合磨損，提高耐磨性、運動平穩(wěn)、精度高滾動導(dǎo)軌運動靈敏度高、低速運動平穩(wěn)性好，定位精度高精度保持性好，磨損少、壽命長剛度和抗振性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，要求有良好的防護動壓導(dǎo)軌速度高，形成液體摩擦阻尼大、抗振性好結(jié)構(gòu)簡單，不需復(fù)雜供油系統(tǒng)，使用維護方便油膜厚度隨載荷與速度而變化，影響加工精度，低速重載易出現(xiàn)導(dǎo)軌面接觸靜壓導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，驅(qū)動力小低速運動平穩(wěn)性好承載能力大，剛性、吸振性好需要一套液壓裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整困難表3-1導(dǎo)軌的類型、特點由表可以知道，選擇鑲鋼、鑲金屬導(dǎo)軌是最經(jīng)濟、最合理的。導(dǎo)軌截面形狀的選擇，截面形狀有以下幾種，1.V形導(dǎo)軌（山形導(dǎo)軌、三角形導(dǎo)軌）：eq\o\ac(○,1)導(dǎo)向精度高，磨損后能夠自動補償；eq\o\ac(○,2)凸形有利于排屑，不易保存潤滑油、用于低速；eq\o\ac(○,3)凹形的特點與凸形特點剛好相反，高、低速時都可以采用；eq\o\ac(○,4)對稱形截面制造方便、應(yīng)用較廣，兩側(cè)壓力不均勻時采用非對稱形；eq\o\ac(○,5)頂角a一般為90度，重型一般采用a為110度～120度，精密機床采用a小于90度以提高導(dǎo)向精度。2.矩形導(dǎo)軌（平導(dǎo)軌）：eq\o\ac(○,1)制造簡單、承載能力大、不能自動補償磨損，必須用鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度低，需要良好的防護；eq\o\ac(○,2)主要用于載荷大的機床或者組合導(dǎo)軌。3.燕尾形導(dǎo)軌：eq\o\ac(○,1)制造較復(fù)雜、磨損不能自動補償，用一根鑲條可以調(diào)整間隙，尺寸緊湊，調(diào)整方便；eq\o\ac(○,2)主要用于要求高度小的部件中，如車床刀架圓柱形導(dǎo)軌：eq\o\ac(○,1)制造簡單，內(nèi)孔可珩磨、外圓采用磨削可達配合精度，磨損不能自動調(diào)整間隙eq\o\ac(○,2)主要用于受軸向載荷場合。綜合分析各個導(dǎo)軌截面的優(yōu)缺點，結(jié)合實際的情況和要求，選取V形導(dǎo)軌，材料為HT200，其結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖所示:圖3-1導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.3滑動導(dǎo)軌壓強的計算導(dǎo)軌的許用壓強根據(jù)表9.3-20選取鑄鐵導(dǎo)軌的許用壓強為2.5～3.0MPa。假設(shè)導(dǎo)軌本身剛度大于接觸剛度，此時只考慮接觸變形對壓強的影響，沿導(dǎo)軌的接觸變形和壓強，按線性分布，在寬度上視為均布。每個導(dǎo)軌面上所受的載荷，都可以簡化為一個集中力F和一個顛覆力矩M的作用。如下圖所示：圖3-2載荷圖導(dǎo)軌所受的最大、最小和平均壓強分別為式中導(dǎo)軌所受集中力（N）；導(dǎo)軌受的顛覆力矩（N·mm）；由集中力引起的壓強（MPa）；由顛覆力矩的壓強（MPa）；導(dǎo)軌寬度（mm）；動導(dǎo)軌長度（mm）。由前面的設(shè)計可知：而：因為：＞故：導(dǎo)軌面將出現(xiàn)一段長度不接觸，要采用壓板，在此設(shè)計中，采用了下部加置一塊導(dǎo)軌，與上面的導(dǎo)軌形成對稱，從而達到減小單位面積的受力和力矩的影響。3.1.4導(dǎo)軌間隙的調(diào)整：導(dǎo)軌結(jié)合面配合的松動對機床的工作性能有相當大的影響，配合過緊的話，將使操作費力，同時加劇磨損；倘若過松則將影響運動精度，有可能還會產(chǎn)生振動，所以除了在裝配的過程中要仔細的調(diào)整導(dǎo)軌的間隙外，在使用一段時間后，還要對其進行重調(diào)，此設(shè)計中選用鑲條來調(diào)整。這是由于鑲條制造簡單，成本低，易于操作，修復(fù)容易。3.2蝸輪蝸桿的設(shè)計與參數(shù)確定為實現(xiàn)減速，選取蝸輪蝸桿。因為它具有以下特點：蝸輪蝸桿能實現(xiàn)比較大的傳動比一般為i=5～80與其它減速方案比較它具有傳動比大，零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊等特點。為保證焊接質(zhì)量要求磨輥的運動平穩(wěn)而蝸輪蝸桿在傳動中由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的赤對較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低滿足要求。為了方便磨輥的裝夾要求傳動能夠自鎖，而當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動就能實現(xiàn)自鎖而齒輪傳動就不能實現(xiàn)。因此在此處選用蝸輪蝸桿減速是比較理想的減速方案。由于傳動要求較低這里選用普通圓柱蝸桿傳動，通過計算減速比為62.9，查《機械設(shè)計手冊》采用公稱減速比63。本設(shè)計傳動比i=63，采用立式結(jié)構(gòu)，向下輸出的傳動方案。要求能使用5年，每天24小時工作（一年按300天計算）。3.2.1蝸桿的參數(shù)計算一、選定蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085—1988的推薦,采用漸開線蝸桿(ZI).二、選擇材料根據(jù)各材料的性能,并考慮到蝸桿傳遞的功率不大,速度不高,因此蝸桿采用40Cr；要求蝸桿螺旋齒面表面淬火處理，硬度為45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造。三、按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強由齒面接觸強度。按計算公式進行試算傳動中心距a，即：eq\o\ac(○,1)確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2按Z1=1，估取效率η=0.8，則eq\o\ac(○,2)確定載荷系數(shù)K:因工作載荷較穩(wěn)定，故去載荷分布不均勻系數(shù)Kβ=1，查表選取使用系數(shù)KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)Kv=1.05；則eq\o\ac(○,3)確定彈性影響系數(shù)：因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和40Cr蝸桿相配，故Ze=189.8MPa?。eq\o\ac(○,4)確定接觸系數(shù)Zρ：假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值為d1/a=0.35，從圖11-18中查得Zρ=2.9eq\o\ac(○,5)確定許用接觸應(yīng)力［σH］：根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅蝸輪ZcuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，可從表11-7中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：壽命系數(shù)則eq\o\ac(○,6)計算中心距：取中心距a=100mm，因i=63，故從表11-2中取模數(shù)m=2.5mm，蝸桿分度圓直徑d1=45mm，這時d1/a=0.45，從圖11-18中查得接觸系數(shù)為2.65＜2.9，所以計算結(jié)果可用?？芍狠S向齒距Pa=7.85mm；直徑系數(shù)q=18；齒頂圓直徑da1=50mm；齒根圓直徑df1=39mm，分度圓導(dǎo)程角γ=14度12分36秒；軸向齒厚Sa=3.925mm。3.2.2渦輪參數(shù)設(shè)計蝸輪齒數(shù)Z2=63；變位系數(shù)；驗算傳動比i=63/1=63蝸輪分度圓直徑d2=155mm蝸輪喉圓直徑da2=d2+2ha2=160+5=165mm蝸輪齒根圓直徑df2=149mm3.2.3齒根彎曲疲勞強度校核當量齒數(shù)根據(jù)從圖11-19中查得齒形系數(shù)螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力從表11-8中查得由ZcuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力壽命系數(shù)于是有由于，故彎曲強度滿足要求。3.2.4精度等級公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計的蝸桿是動力傳動，屬于通用機械減速器，GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標注為8fGB/T10089-1988。然后由相關(guān)的手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。3.3絲桿傳動設(shè)計及計算3.3.1絲桿的特點及應(yīng)用絲桿螺母機構(gòu)又叫螺旋機構(gòu)，主要用來把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，或把直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動（如滾動絲桿螺母和靜壓絲桿螺母）。其中，有以傳遞能量為主的傳力螺旋（如螺旋壓力機、千斤頂螺旋）；有以傳遞運動為主，并要求有較高傳動精度的傳動螺旋（如工作臺的進給螺旋）；還有調(diào)整零件相互位置的調(diào)整螺旋。電子精密機械設(shè)備的載荷一般較輕。旋轉(zhuǎn)運動主要用來實現(xiàn)精密進給運動?；瑒咏z桿螺母機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡單，加工方便，運動平穩(wěn)，傳動精度較高；螺紋的導(dǎo)程小，降速比大，故牽引力較大；具有自鎖能力等較多優(yōu)點，因此，該種機構(gòu)在工業(yè)中已廣泛應(yīng)用。但其摩擦阻力大，傳動效率低（η=0.2-0.4）；螺紋中有側(cè)向間隙，故反向時有空行程；由于動靜摩擦系數(shù)差別大，低速時可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。絲桿螺母機構(gòu)的傳動精度，是指主動件的實際轉(zhuǎn)角和從動件的實際位移L,保持理關(guān)系L=t的準確程度，即移動件的軸向位移量的準確程度和軸向位移方向?qū)碚撦S線的偏移程度。造成不準確的因素，主要是絲桿和螺母的螺紋制造誤差、螺旋機構(gòu)的支承及導(dǎo)向部分的誤差等。對這些因素進行分析，可以從結(jié)構(gòu)上找到減小軸向位移誤差的途徑。要提高絲桿螺母機構(gòu)的傳動精度，可提高螺旋副零件制造精度，但制造精度受到工藝條件、經(jīng)濟等因素的限制，所以必須改進機構(gòu)，主要有如下幾種：1．采用誤差補償機構(gòu)；2．消除絲桿軸向跳動誤差；3．改進移動零件與滑塊的連接方法；4．消除螺旋傳動的空程。絲桿支承是絲桿螺母機構(gòu)中的重要組成部分，它的結(jié)構(gòu)形式和安排布置，對傳動精度影響也很大。因此，支承結(jié)構(gòu)必須保證絲桿在其中旋轉(zhuǎn)時，不會產(chǎn)生過大的軸向和徑向跳動，否則即使精度很高，工作臺仍然不能得到準確的位移。在絲桿的支承中，常采用滑動和滾動軸承，或兩種軸承組合使用。3.3.2絲桿傳動設(shè)計及計算一、耐磨性計算：影響磨損的主要因素是螺紋工作面上的平均壓強P:式中Q絲桿最大牽引力（N）；d螺紋的中徑（mm）；h螺紋工作面高度，等于螺紋高度減去螺紋頂隙（mm）；T絲桿螺紋的導(dǎo)程（mm）；K螺紋頭數(shù)；L螺母的長度（mm）；螺紋工作表面上的許用壓強（MPa）。根據(jù)下表1-1選取表3-2許用壓強（MPa）應(yīng)用范圍絲桿-螺母材料鋼（不淬硬）-鑄鐵鋼（不淬硬）-青銅鋼（淬硬拋光）-青銅精密絲桿傳動236一般絲桿傳動51115選取許用壓強=11MPa根據(jù)以上的選取和公式計算螺紋中徑d，對于梯形螺紋 代入上式：其中ψ=3.0，考慮到其它因素的影響選取d=38mm。則上述說明滿足耐磨性要求。二、剛度計算由于該絲桿屬于低速傳動類，所以應(yīng)從不發(fā)生爬行現(xiàn)象的要求進行驗算其拉壓剛度。根據(jù)實驗，絲桿的拉壓變形約占整個傳動系統(tǒng)變形的30%～50%。絲桿的拉壓剛度為：式中E彈性模量。對于鋼，；d絲桿的根徑（mm）。L絲桿的工作長度（mm）。所以有：假設(shè)絲桿的拉壓變形占整個傳動系統(tǒng)變形的50%，則整個傳動系統(tǒng)的剛度；查表得：。代入下式：也就是說升降速度低于42mm/min時，就有可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。而升降速度因此滿足剛度要求。三、受壓絲桿的穩(wěn)定性計算受壓絲桿的穩(wěn)定性計算與其構(gòu)造及支承的特性有關(guān)，根據(jù)《材料力學(xué)》大柔度壓桿穩(wěn)定性計算公式，受壓絲桿失穩(wěn)的最大軸向載荷為：。查表得知絲桿的穩(wěn)定性符合要求。3.4蝸桿軸的設(shè)計與計算：由于該主軸所傳遞的扭矩極小計算時可按心軸公式計算且為實心故其軸徑計算公式為：d軸的直徑,mmM軸在計算截面所受的彎矩，Nmm軸的許用彎曲應(yīng)力，MPa,按表5-1-1查取為280MPa彎矩可由彎矩圖最大彎矩在軸承支點處由材料力學(xué)計算有RA=-1789.11NRB=5689.10NP=G=3900N。最大為故軸徑為d=20mm取安全系數(shù)1.5故軸徑為30mm。3.5齒輪的設(shè)計計算1、計算小齒輪的分度圓直徑d，代入許用應(yīng)力較小的值。d2.32=2.32mm=422.計算圓周速度V。V===1.57m/s3.計算齒寬b。4計算齒寬于齒高之比。模數(shù)齒高5計算載荷系數(shù)。根據(jù)v=1.57m/s，7級精度，可查的動載系數(shù)KV=1.12；直齒輪，；可查的使用系數(shù)KA=1；用插值法查得7及精度、小齒輪相對支撐非對稱布置時，。由，查手冊得，故載荷系數(shù)：6按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度園直徑，7計算模數(shù)m。8.彎曲強度計算公式為eq\o\ac(○,1)有機械設(shè)計手冊查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；eq\o\ac(○,2)查機械設(shè)計手冊取彎曲疲勞壽命系數(shù)；eq\o\ac(○,3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，得：eq\o\ac(○,4)計算載荷系數(shù)K。eq\o\ac(○,5)查取齒形系數(shù)。得：。eq\o\ac(○,6)查取齒形應(yīng)力校正系數(shù)。得：eq\o\ac(○,7)計算大、小齒輪的對此計算結(jié)果比較，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)M大于有齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于模數(shù)主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的存在能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑有關(guān)。3.6蝸桿與減速箱的連接蝸桿與減速箱之間的連接從結(jié)構(gòu)和要求綜合考慮采用聯(lián)軸器連接。由于焊接轉(zhuǎn)臺振動很小轉(zhuǎn)矩也很小因此采用結(jié)構(gòu)簡單的剛性突緣聯(lián)軸器即能勝任，傳動的轉(zhuǎn)矩很小：其中G為轉(zhuǎn)臺綜合重量，f為滾動軸承摩擦因數(shù)查【機械設(shè)計手冊表】8.9-1f=0.01；查表8.9-1=0.4。即Tmax=351N.m轉(zhuǎn)矩很小遠遠小于標準減速箱輸出軸徑所需配合的聯(lián)軸器因此選用YLD14聯(lián)軸器J1110×140GB/T5843-1986。

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設(shè)計總結(jié)畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。。畢業(yè)論文不僅僅是一個理論課題的研究，它也包括了對于一個學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的最后一個整體式的強化，讓我們能夠養(yǎng)成科學(xué)的實驗習(xí)慣，養(yǎng)成邏輯的思維方式，最關(guān)鍵、最重要的是讓我們能夠獨立思考，我想這是畢業(yè)論文的根本目的所在通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我感受到過程是艱辛同時又充滿樂趣的。拿到題目的時候完全不知道該如何下手，直到老師指導(dǎo)并找來相關(guān)資料才有了一點頭緒。在整個過程中我不僅熟悉了專業(yè)知識，在軟件操作如OFFICE上也有一定程度的了解，大大的提高了我的動手能力，也是這次設(shè)計過程使我認識到自己在專業(yè)知識上的匱乏和不夠扎實，使我深深的感覺到學(xué)無止境的道理，我們在人生的道路上的學(xué)習(xí)是無盡頭的。感謝我的指導(dǎo)老師陳老師，為我們的設(shè)計提出了許多寶貴的意見和建議。

附1外文資料及翻譯High-speedmachininganddemandforthedevelopmentPrimaryCuttingParametersCuttingtheworkpieceandtoolbasedonthebasicrelationshipbetweenthefollowingfourelementstofullydescribe:thetoolgeometry,cuttingspeed,feedrate,depthandpenetrationofacuttingtool.CuttingToolsmustbeofasuitablematerialtomanufacture,itmustbestrong,tough,hardandwear-resistant.Toolgeometry--tothetipplaneandcutteranglecharacteristics--foreachcuttingprocessmustbecorrect.Cuttingspeedisthecuttingedgeofworkpiecesurfacerate,itisinchesperminutetoshow.Inordertoeffectivelyprocessing,andcuttingspeedmustadapttothelevelofspecificparts--withknives.Generally,themorehardworkpiecematerial,thelowertherate.ProgressiveTooltospeediscutintotheworkpiecespeed.Iftheworkpieceortoolforrotatingmovement,feedrateperroundoverthenumberofinchestothemeasurement.Whentheworkpieceortoolforreciprocatingmovementandfeedrateoneachtripthroughthemeasurementofinches.Generally,inotherconditions,feedrateandcuttingspeedisinverselyproportionalto。Depthofpenetrationofacuttingtool--toinchesdollars--isthetooltotheworkpiecedistance.Rotarycuttingittothechiporequaltothewidthofthelinearcuttingchipthickness.Roughthanfinishing,deeperpenetrationofacuttingtooldepth.TheEffectofChangesinCuttingParametersonCuttingTemperatures:Inmetalcuttingoperationsheatisgeneratedintheprimaryandsecondarydeformationzonesandthisresultsinacomplextemperaturedistributionthroughoutthetool,workpieceandchip.Atypicalsetofisothermsisshowninfigurewhereitcanbeseenthat,ascouldbeexpected,thereisaverylargetemperaturegradientthroughoutthewidthofthechipastheworkpiecematerialisshearedinprimarydeformationandthereisafurtherlargetemperatureinthechipadjacenttothefaceasthechipisshearedinsecondarydeformation.Thisleadstoamaximumcuttingtemperatureashortdistanceupthefacefromthecuttingedgeandasmalldistanceintothechip.Sincevirtuallyalltheworkdoneinmetalcuttingisconvertedintoheat,itcouldbeexpectedthatfactorswhichincreasethepowerconsumedperunitvolumeofmetalremovedwillincreasethecuttingtemperature.Thusanincreaseintherakeangle,allotherparametersremainingconstant,willreducethepowerperunitvolumeofmetalremovedandcuttingtemperatureswillreduce.Whenconsideringincreaseinundeformedchipthicknessandcuttingspeedthesituationismorecomples.Anincreaseinundeformedchipthicknessandcuttingspeedthesituationismorecomplex.Anincreaseinundeformedchipthicknesstendstobeascaleeffectwheretheamountsofheatwhichpasstotheworkpiece,thetoolandchipremaininfixedproportionsandthechangesincuttingtemperaturetendtobesmall.Increaseincuttingspeed,however,reducetheamountofheatwhichpassesintotheworkpieceandthisincreasethetemperatureriseofthechipinprimarydeformation.Further,thesecondarydeformationzonetendstobesmallerandthishastheeffectofincreasingthetemperaturesinthiszone.Otherchangesincuttingparametershavevirtuallynoeffectonthepowerconsumedperunitvolumeofmetalremovedandconsequentlyhavevirtuallynoeffectonthepowerconsumedperunitvolumeofmetalremovedandconsequentlyhavevirtuallynoeffectonthecuttingtemperatures.Sinceithasbeenshownthatevensmallchangesincuttingtemperaturehaveasignificanteffectontoolwearrate,itisappropriatetoindicatehowcuttingtemperaturescanbeassessedfromcuttingdata.Themostdirectandaccuratemethodformeasuringtemperaturesinhigh-speed-steelcuttingtoolsisthatofWright&Trentwhichalsoyieldsdetailedinformationontemperaturedistributionsinhigh-speed-steeltoolswhichrelatesmicrostructuralchangestothermalhistory.Trenthasdescribedmeasurementsofcuttingtemperaturesandtemperaturedistributionsforhigh-speed-steeltoolswhenmachiningawiderangeofworkpiecematerials.Thistechniquehasbeenfurtherdevelopedbyusingscanningelectronmicroscopytostudyfine-scalemicrostructuralchangessrisingfromovertemperingofthetemperedmartensiticmatrixofvarioushigh-speed-steels.Thistechniquehasalsobeenusedtostudytemperaturedistributionsinbothhigh-speed-steelsinglepointturningtoolsandtwistdrills.

高速切削加工的發(fā)展及需求高速切削加工是當代先進制造技術(shù)的重要組成部分，擁有高效率、高精度及高表面質(zhì)量等特征。本文介紹此技術(shù)的定義、發(fā)展現(xiàn)狀、適用領(lǐng)域以及中國的需求情況。高速切削加工是面向21世紀的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了愈來愈廣泛的應(yīng)用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益，是當代先進制造技術(shù)的重要組成部分。高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率。可以說，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。高速切削加工的優(yōu)點主要在于：提高生產(chǎn)效率、提高加工精度及降低切削阻力。有關(guān)高速切削加工的含義，目前尚無統(tǒng)一的認識，通常有如下幾種觀點：切削速度很高，通常認為其速度超過普通切削的5-10倍；機床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000-20000r/min以上定為高速切削；進給速度很高，通常達15-50m/min，最高可達90m/min；對于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；切削過程中，刀刃的通過頻率(ToothPassingFrequency)接近于“機床－刀具－工件”系統(tǒng)的主導(dǎo)自然頻率(DominantNaturalFrequency)時，可認為是高速切削?？梢姼咚偾邢骷庸な且粋€綜合的概念。1992年，德國Darmstadt工業(yè)大學(xué)的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工的概念及其涵蓋的范圍，如圖1所示。認為對于不同的切削對象，圖中所示的過渡區(qū)(Transition)即為通常所謂的高速切削範圍，這也是當時金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待或者可望實現(xiàn)的切削速度。高速切削加工對機床、刀具和切削工藝等方面都有一些具體的要求。下面分別從這幾個方面闡述高速切削加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。現(xiàn)階段，為了實現(xiàn)高速切削加工，一般釆用高柔性的高速數(shù)控機床、加工中心，也有釆用專用的高速銑、鉆床。這些設(shè)備的共同之處是：必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)材料切削過程的高速化。高速切削與傳統(tǒng)切削最大的區(qū)別是，“機床－刀具－工件”系統(tǒng)的動態(tài)特性對切削性能有更強的影響力。在該系統(tǒng)中，機床主軸的剛度、刀柄形式、刀長設(shè)定、主軸拉刀力、刀具扭力設(shè)定等，都是影響高速切削性能的重要因素。在高速切削中，材料去除率(MetalRemovalRate，MRR)，即單位時間內(nèi)材料被切除的體積，通常受限于“機床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)是否出現(xiàn)“顫振”。因此，為了滿足高速切削加工的需求，首先要提高機床動靜剛度尤其是主軸的剛度特性?，F(xiàn)階段高速切削之所以能夠成功，一個很關(guān)鍵的因素在于對系統(tǒng)動態(tài)特性問題的掌握和處理能力。為了更好地描述機床主軸的剛度特性，工程上提出新的無量綱參數(shù)—DN值，用以評價機床的主軸結(jié)構(gòu)對高速切削加工的適應(yīng)性。所謂DN值即“主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積”。新近開發(fā)的加工中心主軸DN值大都已超過100萬。為了減輕軸承的重量，還釆用了比鋼制品要輕得多的陶瓷球軸承；軸承潤滑方式大都釆用油氣混合潤滑方式。在高速切削加工領(lǐng)域，目前已開發(fā)空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸承合并構(gòu)成的磁氣/空氣混合主軸。在機床進給機構(gòu)方面，高速切削加工所用的進給驅(qū)動機構(gòu)通常都為大導(dǎo)程、多頭高速滾珠絲槓，滾珠釆用小直徑氮化硅（Si3N4）陶瓷球，以減少其離心力和陀螺力矩；釆用空心強冷技術(shù)來減少高速滾珠絲槓運轉(zhuǎn)時由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲槓熱變形。近幾年來，用直線電機驅(qū)動的高速進給系統(tǒng)問世，這種進給方式取消了從電動機到工作臺溜板之間的一切中間機械傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了機床進給系統(tǒng)的零傳動。由于直線電機沒有任何旋轉(zhuǎn)元件，不受離心力的作用，可以大大提高進給速度。直線電機的另一大優(yōu)點是行程不受限制。直線電機的次極是一段一段連續(xù)鋪在機床的床身上。次極鋪到哪里，初極工作臺就可運動到哪里，而且對整個進給系統(tǒng)的剛度沒有任何影響。釆用高速絲槓或直線電機，能夠大大提高機床進給系統(tǒng)的快速響應(yīng)。直線電機最高加速度可達2-10G(G為重力加速度)，最大進給速度可達60-200m/min或更高。2002年舉世矚目的上海浦東磁懸浮列車工程中的磁浮軌道鋼梁加工，釆用沈陽機床控股有限公司集團中捷友誼公司廠生產(chǎn)的超長進給系統(tǒng)高速大型加工中心實現(xiàn)。該機床的進給系統(tǒng)為直線導(dǎo)軌和齒輪齒條傳動，工作臺最大進給速度60m/min，快速行程100m/min，加速度2g，主軸最高轉(zhuǎn)速20000r/min，主電機功率80kW。其X軸的行程長達30m，切削25m長的磁浮軌道鋼梁誤差小于0.15mm，為磁懸浮列車工程的順利竣工提供了有力的技術(shù)保證。此外，機床的運動性能也將直接影響加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要釆用小切深大進給的加工方法。要求機床在大進給速度條件下，應(yīng)具有高精度定位功能和高精度插補功能，特別是圓弧高精度插補。圓弧加工是釆用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或模具時，必不可少的加工方法。刀具材料的發(fā)展：高速切削技術(shù)發(fā)展的歷史，也就是刀具材料不斷進步的歷史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼（CBN）。端面銑削使用CBN刀具時，其切削速度可高達5000m/min，主要用于灰口鑄鐵的切削加工。聚晶金剛石（PCD）刀具被稱之為21世紀的刀具，它特別適用于切削含有SiO2的鋁合金材料，而這種金屬材料重量輕、強度高，廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車發(fā)動機、電子裝置的殼體、底座等方面。目前，用聚晶金剛石刀具端面銑削鋁合金時，5000m/min的切削速度已達到實用化水平，此外陶瓷刀具也適用于灰口鑄鐵的高速切削加工；涂層刀具：CBN和金剛石刀具盡管具有很好的高速切削性能，但成本相對較高。釆用涂層技術(shù)能夠使切削刀具既價格低廉，又具有優(yōu)異性能，可有效降低加工成本?，F(xiàn)在高速加工用的立銑刀，大都釆用TiAIN系的復(fù)合多層涂鍍技術(shù)進行處理，如目前在對鋁合金或有色金屬材料進行干式切削時，DLC（DiamondLikeCarbon）涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預(yù)計其巿場前景十分可觀；刀