干切削的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用
jic35導(dǎo)讀：僅僅20年前，切削液還是比較便宜的，且占多數(shù)加工過程的比重小于3%。所以很少有機(jī)械加工廠對(duì)它們關(guān)注很多。在那以后，隨著時(shí)間的推移，發(fā)生了戲劇性的變化：如今的切削液費(fèi)用估計(jì)達(dá)每年幾十億美元，且占生產(chǎn)成本比重高達(dá)15%?，F(xiàn)在，機(jī)加工行業(yè)無時(shí)不刻都在為他們的切削液擔(dān)憂。
切削液，尤其是那些含油的切削液，已成為巨大的負(fù)擔(dān)。不管某種切削液有多么安全和環(huán)保，政府法令仍將要求你從傾倒到池里的那一刻起就進(jìn)行特殊處理。即使當(dāng)?shù)卣试S你從桶中傾倒清潔的不含油的合成液到排水溝，一旦它同在機(jī)床里夾雜的油和金屬碎屑混合，它就變成一種受控的工業(yè)廢料。不僅美國(guó)環(huán)境保護(hù)局管理這種混合物的處理，而且許多州和地方政府也已把它們作為有害廢物進(jìn)行分類，如果它們含油和某些合金，更要加強(qiáng)嚴(yán)格控制。
因?yàn)楹芏喔咚偌庸ず颓邢饕簢娮飚a(chǎn)生油霧或工人能呼吸到的氣溶膠，政府機(jī)構(gòu)還限制空氣里切削油霧的允許含量。環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)計(jì)劃出臺(tái)更嚴(yán)格的針對(duì)控制這些空氣里微粒的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高機(jī)加工企業(yè)的計(jì)劃成本和責(zé)任。職業(yè)安全和健康管理局也正在考慮一個(gè)咨詢委員會(huì)推薦通過一個(gè)zui大值到0.5mg/m3和作用水平到0.25mg/m3的法令，來限制較低的切削液氣霧允許暴露量。
維護(hù)、記錄存檔和遵循現(xiàn)行和計(jì)劃的規(guī)定所產(chǎn)生的成本正迫使切削液價(jià)格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護(hù)切削液，只要有可能，就安裝和使用合適的附件和油霧收集器以及切屑、碎屑和用過的切削液的處理，來推遲它們的處理。其結(jié)果是，很多機(jī)加工企業(yè)正在就通過干切削來避免費(fèi)用和伴隨切削液產(chǎn)生的副作用展開討論。
雖然大多數(shù)工廠可能承認(rèn)有取消切削液的愿望，但他們不能確定能否做得到。他們相信，要獲得更高的速度和切削更硬的材料，他們必須使用切削液來維持競(jìng)爭(zhēng)力。很多從濕式加工轉(zhuǎn)變到干加工的可見成本也很高。但如今都不成為問題。實(shí)際上，在很多加工中，常規(guī)操作應(yīng)該是干加工。再者，干車削硬材料和高速干銑削不僅是可行的，而且有利可圖。其技巧是正確集成刀具、機(jī)床和切削技術(shù)。
有害無益的切削液
更多采用干切削的zui大障礙之一是切削液對(duì)于取得較好光潔度和更長(zhǎng)刀具壽命是*的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。雖然現(xiàn)實(shí)中切削液對(duì)于許多加工仍然是必要的，但是研究表明，有了現(xiàn)代切削刀具材料和當(dāng)今更高的切削速度，并非一定要使用切削液。*的硬質(zhì)合金材質(zhì)牌號(hào)，尤其是有涂層保護(hù)的，在高速高溫下不使用切削液實(shí)際上切削更有效率。實(shí)際上，在斷續(xù)切削時(shí)，切削區(qū)溫度越高，越不適合使用切削液。
這種似乎與直覺相反的趨勢(shì)原因在于：切削區(qū)溫度變得非常高，通常超過1000℃，尤其是在高速切削和硬材料切削時(shí)。舉例來說，假定切削液能克服銑刀高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，切削液在到達(dá)切削區(qū)之前早已汽化，對(duì)那里幾乎沒有冷卻作用。
結(jié)果是有一個(gè)在當(dāng)?shù)镀腥肭谐鰰r(shí)產(chǎn)生先天的溫度波動(dòng)更明顯的區(qū)別。隨著刀具的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)镀谐鰰r(shí)冷卻，然后在切入時(shí)再一次被加熱。雖然在干切削時(shí)也發(fā)生加熱和冷卻循環(huán)，但是當(dāng)有切削液時(shí)溫度波動(dòng)更大。隨之發(fā)生的熱沖擊會(huì)在刀片上產(chǎn)生應(yīng)力，并會(huì)使其過早破裂。
相似的結(jié)果也在車削時(shí)發(fā)生。譬如當(dāng)在切削速度高于130m/min時(shí)切削碳鋼，暴露在冷卻液里的未涂層硬質(zhì)合金刀片能承受顯著的熱沖擊少于40秒。這種沖擊通過輕微增加前刀面磨損和劇烈的后刀面磨損，顯著縮短刀具壽命。因?yàn)榇蠖鄶?shù)車削加工少于40秒，對(duì)于刀具壽命來說，干車削通常更可取。
另一方面，在鉆削時(shí)，為了提供潤(rùn)滑和把切屑從孔里沖出來，切削液通常是必須的。沒有切削液，切屑會(huì)堵在孔里，而且平均表面粗糙度ra是濕式加工的兩倍。切削液通過潤(rùn)滑邊緣碰到孔壁的鉆尖，也能降低需要的加工扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會(huì)增加切削液的潤(rùn)滑效果，但是，降低切削力的涂層zui可能的趨勢(shì)是把摩擦降到zui低。
因?yàn)檫€沒有用于預(yù)測(cè)切削液效果和性能的科學(xué)模型，是否采用干切削取決于具體的加工案例。潤(rùn)滑液通常針對(duì)低速加工、難加工材料和對(duì)表面光潔度有要求的加工場(chǎng)合，而冷卻能力強(qiáng)的切削液會(huì)提高高速加工、易切削材料、簡(jiǎn)單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的性能。然而，很多時(shí)候，切削液提供的額外性能并不值得額外的開銷。在越來越多的加工中，切削液簡(jiǎn)直是不必要的或有害的，因?yàn)楝F(xiàn)代切削刀具適合更高的溫度，而且壓縮空氣能從切削區(qū)域帶走熱切屑。
用涂層處理熱量
涂層通常是當(dāng)今不再需要切削液的另一個(gè)原因。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片或刀具的熱傳遞來控制溫度波動(dòng)。涂層的作用就像熱屏障，因?yàn)樗斜鹊毒呋w和工件材料低很多的熱導(dǎo)性。因此涂層刀片和刀具吸收較少的熱量，能承受更高的切削溫度，這意味著車削和銑削時(shí)，可在不犧牲刀具壽命的前提下進(jìn)行更高速的切削。
厚度范圍在2～18μm的涂層在刀具性能里扮演著重要角色。因?yàn)楸⊥繉颖群裢繉釉诳焖倮鋮s和加熱過程中引起應(yīng)力更低，并且不易破裂。對(duì)于斷續(xù)切削，這個(gè)厚度范圍較薄的一端承受溫度波動(dòng)的能力更佳。在相同的應(yīng)力下，厚涂層在加熱或冷卻太快時(shí)容易破裂。因此，用薄涂層刀片進(jìn)行干加工通?？梢匝娱L(zhǎng)刀具壽命達(dá)40%。
這是為什么圓刀片和銑刀片通常采用物理氣相沉積（pvd）的一個(gè)重要原因。和相對(duì)應(yīng)的化學(xué)氣相沉積（cvd）涂層相比，pvd涂層更薄，粘著力更佳。除了更薄以外，它們的沉積溫度也要低很多。所以在車削和銑削刀具中，更多使用鋒利的切削刃和大的正前角。
雖然氮化鈦（tin）占到所有涂層刀具的80%，但氮鋁化鈦（tialn）作為針對(duì)高速精加工的*pvd涂層出現(xiàn)了。在連續(xù)高溫切削（如高速車削）時(shí)，tialn超過tin性能的3倍。在干銑削和小直徑深孔鉆削時(shí)，由于切削液很難滲透，熱應(yīng)力很高，tialn也比tin勝出很多。
在相同切削溫度下，tialn比tin更硬，它是目前熱穩(wěn)定性和抗化學(xué)磨損能力的pvd涂層。其硬度高達(dá)hv3500，而且工作溫度高達(dá)1470f°。雖然沒有人知道為什么會(huì)如此，但是科學(xué)家猜想，這些特性來自一種當(dāng)某些高溫下涂層表面氧化時(shí)在切屑-刀具接觸面形成的非晶質(zhì)氧化鋁膜。
應(yīng)用更薄的多層pvd涂層使其更適合于干切削的研究正在進(jìn)行之中。這種沉積工藝建立一種由數(shù)百層僅幾納米厚的涂層構(gòu)成。相反，傳統(tǒng)pvd工藝由幾層微米級(jí)的涂層沉積而成。
盡管對(duì)pvd涂層有著強(qiáng)烈的興趣，與之相對(duì)應(yīng)的cvd涂層對(duì)于大多數(shù)黑色金屬工件材料來說一直很受歡迎。cvd工藝很高的沉積溫度有助于粘著并且允許基體生成強(qiáng)化刃口和幫助基體抵抗變形的富鈷區(qū)。由于它們比pvd涂層更厚，因此需要對(duì)切削刃更重的鈍化來防止像墻角厚層涂料的剝落那樣的開裂。這種設(shè)計(jì)可提高耐磨性，且能用超過0.076mm/r～0.89mm/r的進(jìn)給量進(jìn)行加工。
cvd也是*使用已知*抗熱和氧化磨損的氧化鋁涂層沉積工藝。氧化鋁導(dǎo)熱差，因此隔離切屑形成過程中產(chǎn)生的熱量并迫使熱量流入切屑。使得它成為硬質(zhì)合金里干加工的優(yōu)異的cvd涂層。在高速下它保護(hù)基體，是抗磨料磨損和月牙洼磨損的*涂層。
*材料喜歡干加工
雖然涂層材質(zhì)等級(jí)有更好的刀具壽命且在干銑加工時(shí)比濕式加工更可靠，但是對(duì)于高速加工的要求使切削溫度超越硬質(zhì)合金刀具的經(jīng)濟(jì)極限。譬如在14000r/min和線速度400m/min下干加工灰鑄鐵，刀具前面的切削區(qū)能加熱到600～700℃之間。金屬切除率同那些用更傳統(tǒng)技術(shù)銑削鋁接近，但是對(duì)于傳統(tǒng)切削刀具來說，加工灰鑄鐵時(shí)產(chǎn)生的溫度太高。
因此，更高的切削速度將要求使用具有更高紅硬性和更耐磨的切削刀具材料。金屬陶瓷、立方氮化硼（cbn）和兩種陶瓷（如今，“陶瓷”這一術(shù)語包括氧化鋁和氮化硅兩種陶瓷，而不像過去那樣僅指氧化鋁陶瓷）很適合這種要求。聚晶金剛石（pcd）也是一種適合干切削的刀具材料（雖然不適合加工黑色金屬）。然而，所有這些材料雖然具有很好的紅硬性和抗磨料磨損性能，但其缺點(diǎn)是具有較高的易碎性。
金屬陶瓷是一種*的硬質(zhì)合金材料。與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷能在更高的溫度下工作，但其耐沖擊性、中等到重載下的韌性以及小進(jìn)給和大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度不如硬質(zhì)合金。然而，在輕載加工時(shí)，金屬陶瓷與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金具有大致相等的刃口強(qiáng)度，而且在更高的切削速度下承受溫度和磨損更好，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)且表面光潔度更佳。對(duì)于延展性好和粘性高的材料，在抗積屑瘤的形成和生成良好表面光潔度方面，金屬陶瓷的表現(xiàn)也更好。
更好的紅硬性來自組成刀具材料的鈦化物。金屬陶瓷是陶瓷和金屬的首字母縮略語，是一種包含硬的鈦基化合物（碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦）的燒結(jié)碳化物，它以鎳或鎳鉬作為粘接劑，而不像制造傳統(tǒng)硬質(zhì)合金那樣用鈷作為粘接劑。由于金屬粘接劑的溫度限制，典型的金屬陶瓷材質(zhì)牌號(hào)的紅硬性不能用于加工硬度超過40hrc的工件材料。
與涂層和不涂層硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷對(duì)破損和進(jìn)給引起的應(yīng)力要敏感得多。因此，它在要求高精度和良好光潔度的高切削速度、低進(jìn)給率、小切深加工中表現(xiàn)*。理想的加工操作是那些切削時(shí)沒有嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)的情況。車削碳鋼時(shí)，進(jìn)給量的上限通常是0.63mm/r，并且也能在高主軸轉(zhuǎn)速和合適的進(jìn)給量下進(jìn)行普通銑削加工。
如果保持在這些加工條件限制內(nèi)，在大批量生產(chǎn)情況下，金屬陶瓷能長(zhǎng)時(shí)間保持鋒利的切削刃。雖然金屬陶瓷能在傳統(tǒng)切削速度和進(jìn)給率下提高刀具壽命和表面光潔度（與硬質(zhì)合金相比）而值得使用，但它也能通過提高切削速度（加工合金鋼時(shí)可提高20%，加工碳鋼、不銹鋼和球墨鑄鐵時(shí)可提高50%）而提高生產(chǎn)率。
陶瓷是刀具材料的一個(gè)分支。陶瓷切削刀具同它們相對(duì)應(yīng)的金屬陶瓷相似，對(duì)工件材料的化學(xué)穩(wěn)定性好，刀具壽命長(zhǎng)，而且能在高速下切削。純氧化鋁有*的熱阻抗，但強(qiáng)度和韌性較低，如果工況不佳的話，較低的強(qiáng)度和韌性的組合會(huì)使它容易破損。為了降低其破裂敏感性，刀具制造商或者添加少量氧化鋯來提高韌性，或者摻入20%～40%的碳化鈦和氮化鈦來提高其抗沖擊性和熱導(dǎo)性。但是，其韌性仍然比硬質(zhì)合金低得多。
另一種提高氧化鋁陶瓷韌性的方法是加入用于增韌補(bǔ)強(qiáng)的碳化硅晶須。雖然這些晶須典型的平均直徑只有1μm，長(zhǎng)度為20μm，但它們具有很高強(qiáng)度，并能顯著增加韌性和抗熱沖擊性。晶須zui多能占到總量的30%。
與氧化鋁陶瓷類似，氮化硅陶瓷在比硬質(zhì)合金能承受的溫度更高的條件下維持良好的紅硬性，并且承受熱沖擊和機(jī)械沖擊的能力更強(qiáng)。與氧化鋁陶瓷相比，它的主要缺點(diǎn)是加工鋼件時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性不如氧化鋁好。盡管如此，氮化硅陶瓷刀具能以435m/min的線速度干式加工灰鑄鐵，氮化硅陶瓷通常被用于加工此類工件。
雖然使用陶瓷刀具能達(dá)到很高的金屬切除率，但必須正確地應(yīng)用。舉例來說，陶瓷刀具并不適合加工鋁，但其加工灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼以及耐熱合金的效果很好。但即使加工這些材料時(shí)，使用是否成功取決于刃口修磨、刀具對(duì)工件的性能、機(jī)床和夾具的穩(wěn)定性、采用正確的操作方法和優(yōu)化的加工參數(shù)。cbn是一種硬度僅次于金剛石的超硬刀具材料，通常在加工硬度大于48hrc的材料時(shí)效果（加工軟材料時(shí)cbn磨損很快）。cbn在溫度高到2000℃是仍具有的紅硬性。雖然cbn比硬質(zhì)合金更脆，且導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性低于陶瓷，但它有比陶瓷刀具更高的沖擊強(qiáng)度和抗破裂性，而且在剛性較低的機(jī)床上也能切削硬金屬。此外，恰當(dāng)定制的cbn刀具能承受大功率粗加工的切削載荷、斷續(xù)切削的擊打和精加工所需的耐高溫和耐磨損性能。
對(duì)于工序恰當(dāng)?shù)亩ㄖ瓢C(jī)床和夾具的剛性、刃口修磨大到足以防止顯微剝落，而且刀具的基體是一種cbn含量高的材質(zhì)等級(jí)。cbn含量高的材質(zhì)等級(jí)對(duì)這些工序是必須的，因?yàn)樗鼈兙哂腥锌谥剌d條件下高速加工要求的高導(dǎo)熱性和韌性以及用于嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)切削。這些性能使得這種材質(zhì)等級(jí)的刀具材料被用作粗加工淬硬鋼和珠光體灰鑄鐵。
cbn含量低的材質(zhì)牌號(hào)比cbn含量高的牌號(hào)更脆，但它們用于加工淬硬黑色金屬時(shí)性能更好。它們具有更低的導(dǎo)熱性和相對(duì)更高的承受高速切削和負(fù)前角所產(chǎn)生熱量的抗壓強(qiáng)度。更高的切削區(qū)溫度可以軟化工件材料和幫助斷屑，而負(fù)前角可強(qiáng)化刀具、穩(wěn)定切削刃、提高刀具壽命，并允許小于0.25mm的切深。
因?yàn)閏bn刀具能獲得優(yōu)于0.4μm的表面光潔度并保持±0.012mm的同軸度，干車淬硬工件通常是一種有吸引力的替代骯臟的強(qiáng)化冷卻的磨削加工方案。雖然cbn是一種硬車削和高速銑削特別喜歡的刀具材料，但陶瓷和cbn的應(yīng)用范圍有驚人的重疊，故而有必要用成本－效益分析來決定誰能獲得*結(jié)果。
pcd加工有色金屬時(shí)表現(xiàn)突出。作為目前zui硬的切削刀具材料，合成聚晶金剛石承受磨料磨損的能力*。其硬度和耐磨性來自晶體各向異性和金剛石顆粒之間的牢固結(jié)合能夠阻止裂紋擴(kuò)展。把pcd刀頭焊到硬質(zhì)合金刀片上，可以增加強(qiáng)度和抗沖擊性，并能延長(zhǎng)刀具壽命高達(dá)100倍。
然而，其它一些特性使其不適合用于許多加工操作。其中之一是pcd與黑色金屬中的鐵具有親合性，由此產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)使這種刀具材料不適合加工有色金屬。另一個(gè)受限特性是它無法承受超過600℃的切削區(qū)高溫，因此pcd不適合切削加工抗拉強(qiáng)度高的工件材料。
盡管如此，pcd在加工有色金屬時(shí)表現(xiàn)很好，在加工耐磨高硅鋁合金時(shí)尤為突出。鋒利的切削刃和大正前角對(duì)于剪切這種材料和減小切削力、抑制積屑瘤非常關(guān)鍵。在加工磨蝕性大的有色金屬材料時(shí)，pcd表現(xiàn)出很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性，它能保持剪切工件所必須的鋒利切削刃。
強(qiáng)化切削刃與減輕加工載荷
盡管自從推出后它們的物理性能提高以及應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，由金屬陶瓷、陶瓷、cbn、pcd做成的刀具仍然比硬質(zhì)合金更脆并且不能承受同樣大的應(yīng)力。因此，由它們做成的刀具需設(shè)計(jì)成能增強(qiáng)支撐和釋放應(yīng)力。
設(shè)計(jì)這種刀具的一個(gè)重要部分是切削刃的刃磨，它可使切削力偏離刀片刃口改變方向傳入基體。三種這樣的刃口修磨是恰當(dāng)?shù)模贺?fù)倒棱、珩磨、珩磨的負(fù)倒棱。負(fù)倒棱象切削刃的一個(gè)倒角狀的平面，它取代薄弱鋒利的刀尖。這里刀具設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)使保證切削刃足夠的強(qiáng)度和壽命的zui小帶寬和角度，因?yàn)閷挾群徒嵌仍龃蠛蟮镀玫綇?qiáng)化但也增加了切削力。
珩磨用于鈍化鋒利的切削刃。雖然它們不提供與負(fù)倒棱相同的抗微崩刃保護(hù)作用，但珩磨對(duì)由*材料制作的小切深小進(jìn)給以保持zui小切削力的精加工刀片很有效。珩磨也能強(qiáng)化前、后刀面相交處負(fù)倒棱的作用。當(dāng)用陶瓷粗車鋼件發(fā)生微崩時(shí)，珩磨能釋放該處的應(yīng)力、強(qiáng)化刀片而不要加寬負(fù)倒棱。
除了針對(duì)某個(gè)加工的*刃口修磨，刀具設(shè)計(jì)人員也必須優(yōu)化切削角度并能排屑。通過加大后角降低切削力讓刀具上的應(yīng)力減少并降低切削區(qū)的溫度。正前角的數(shù)值盡可能大，靠更好的剪切作用也減少切削力并加寬卷屑槽空間靠加大排出路徑幫助切屑排出，特別是在鉆削和螺紋加工時(shí)。
保持低的切向切削力的另一種方法是高速切削。在很高主軸轉(zhuǎn)速下的高進(jìn)給率降低而不是增加對(duì)工件的沖擊多達(dá)75%～90%，這取決于刀具和加工參數(shù)。更進(jìn)一步，干加工改善切削過程的熱穩(wěn)定性;銑刀比五年前至少有更準(zhǔn)確的大小;而且現(xiàn)代銑削和車削機(jī)床變得剛性越好足以消除過度的振動(dòng)。所有這些發(fā)展都支持使用脆但更硬更耐磨的刀具材料。
使用一種能承受高溫的刀具的好處之一是切屑形成十分有效。舉例來講，加工鑄鐵時(shí)熱量增加切削區(qū)材料的塑性并降低它的屈服強(qiáng)度。其結(jié)果是金屬切除率比傳統(tǒng)粗加工增加3倍。因?yàn)檫M(jìn)給率高，刀具剪切切屑快以致大部分熱留在切屑里而沒有時(shí)間流向工件并引起扭曲。盡管切削溫度很高，但工件的熱穩(wěn)定性更好而且要比在傳統(tǒng)金屬切除率條件下更。
沖擊較小的精加工也使工件、夾具和機(jī)床以及在高線速度下以每轉(zhuǎn)更小的進(jìn)給量使用安裝小刀片低密度材料的刀盤的靜態(tài)變形達(dá)到zui小。因?yàn)橹喂ぜ恍韬苄〉膴A緊力，所以能夠簡(jiǎn)化夾具，不需要一個(gè)有加強(qiáng)筋、工件支撐和夾緊元件的復(fù)雜夾具系統(tǒng)。結(jié)果是機(jī)床對(duì)箱體零件的各個(gè)面進(jìn)刀更多。
機(jī)床是否適合干加工
和裝備合適的機(jī)床也是這個(gè)戰(zhàn)略的一個(gè)重要部分。由于速度通常很快、材料通常很硬、切削溫度很高，所以機(jī)床一定要?jiǎng)傂院谩⒐β蚀?。因此，?duì)于加工中心，使用者應(yīng)該努力縮短刀具懸伸量，并且，除了考慮速度和功率外，還要判斷主軸的內(nèi)在剛性。
在車床上切削接近成型的零件和淬硬零件時(shí)，解決了切削力問題后，刀塔能靠機(jī)床剛性實(shí)現(xiàn)很長(zhǎng)的切削行程。一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的機(jī)床將解決那些沿著短的直接通路的力并且包含盡可能少的移動(dòng)和支撐刀具的機(jī)床零件。在權(quán)衡精度和柔性后，你也許認(rèn)為，直接裝在橫刀架的刀具組能消除回轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)能縮短刀具懸伸量，平衡作用于導(dǎo)軌上的切削力，并使支撐面zui小化。
對(duì)于加工精度來說，熱穩(wěn)定性也很關(guān)鍵。所以，一些機(jī)床制造商用軟件補(bǔ)償熱膨脹的辦法來改進(jìn)其加工中心的機(jī)械部分性能。然而，控制溫度變化將開始有效地外排熱切屑來消除工作系統(tǒng)內(nèi)部的重要熱源。好的機(jī)床設(shè)計(jì)將沒有積聚切屑的腔和托盤而是有不靠切削液幫助就能排出干切屑螺旋推運(yùn)器和切屑運(yùn)送裝置。如果需要用切削液協(xié)助排屑的話，考慮用壓縮空氣來代替切削液。
為了保護(hù)滾珠絲杠和導(dǎo)軌，避免操作工吸入空氣中的灰塵，還需要安裝伸縮蓋、防護(hù)罩、密封和吸塵裝置。從濕式加工轉(zhuǎn)變到干切削的機(jī)床設(shè)計(jì)是可行的，買一臺(tái)干加工的機(jī)床總體來講費(fèi)用較低、問題更少。它的吸塵裝置和壓縮空氣輸送系統(tǒng)也比相應(yīng)濕式加工需要的油霧收集器和冷卻泵更便宜，運(yùn)行成本也由于干加工取消了冷卻液管理和處理費(fèi)用而大幅下降。此外，干加工可使你從現(xiàn)在和將來的切削液使用責(zé)任規(guī)章制度中解放出來。
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激光切割機(jī)操作前須知
切削液，尤其是那些含油的切削液，已成為巨大的負(fù)擔(dān)。不管某種切削液有多么安全和環(huán)保，政府法令仍將要求你從傾倒到池里的那一刻起就進(jìn)行特殊處理。即使當(dāng)?shù)卣试S你從桶中傾倒清潔的不含油的合成液到排水溝，一旦它同在機(jī)床里夾雜的油和金屬碎屑混合，它就變成一種受控的工業(yè)廢料。不僅美國(guó)環(huán)境保護(hù)局管理這種混合物的處理，而且許多州和地方政府也已把它們作為有害廢物進(jìn)行分類，如果它們含油和某些合金，更要加強(qiáng)嚴(yán)格控制。
因?yàn)楹芏喔咚偌庸ず颓邢饕簢娮飚a(chǎn)生油霧或工人能呼吸到的氣溶膠，政府機(jī)構(gòu)還限制空氣里切削油霧的允許含量。環(huán)境保護(hù)局已經(jīng)計(jì)劃出臺(tái)更嚴(yán)格的針對(duì)控制這些空氣里微粒的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高機(jī)加工企業(yè)的計(jì)劃成本和責(zé)任。職業(yè)安全和健康管理局也正在考慮一個(gè)咨詢委員會(huì)推薦通過一個(gè)zui大值到0.5mg/m3和作用水平到0.25mg/m3的法令，來限制較低的切削液氣霧允許暴露量。
維護(hù)、記錄存檔和遵循現(xiàn)行和計(jì)劃的規(guī)定所產(chǎn)生的成本正迫使切削液價(jià)格迅速上漲。大型工廠支付從幾萬到幾十萬的資金來維護(hù)切削液，只要有可能，就安裝和使用合適的附件和油霧收集器以及切屑、碎屑和用過的切削液的處理，來推遲它們的處理。其結(jié)果是，很多機(jī)加工企業(yè)正在就通過干切削來避免費(fèi)用和伴隨切削液產(chǎn)生的副作用展開討論。
雖然大多數(shù)工廠可能承認(rèn)有取消切削液的愿望，但他們不能確定能否做得到。他們相信，要獲得更高的速度和切削更硬的材料，他們必須使用切削液來維持競(jìng)爭(zhēng)力。很多從濕式加工轉(zhuǎn)變到干加工的可見成本也很高。但如今都不成為問題。實(shí)際上，在很多加工中，常規(guī)操作應(yīng)該是干加工。再者，干車削硬材料和高速干銑削不僅是可行的，而且有利可圖。其技巧是正確集成刀具、機(jī)床和切削技術(shù)。
有害無益的切削液
更多采用干切削的zui大障礙之一是切削液對(duì)于取得較好光潔度和更長(zhǎng)刀具壽命是*的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。雖然現(xiàn)實(shí)中切削液對(duì)于許多加工仍然是必要的，但是研究表明，有了現(xiàn)代切削刀具材料和當(dāng)今更高的切削速度，并非一定要使用切削液。*的硬質(zhì)合金材質(zhì)牌號(hào)，尤其是有涂層保護(hù)的，在高速高溫下不使用切削液實(shí)際上切削更有效率。實(shí)際上，在斷續(xù)切削時(shí)，切削區(qū)溫度越高，越不適合使用切削液。
這種似乎與直覺相反的趨勢(shì)原因在于：切削區(qū)溫度變得非常高，通常超過1000℃，尤其是在高速切削和硬材料切削時(shí)。舉例來說，假定切削液能克服銑刀高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，切削液在到達(dá)切削區(qū)之前早已汽化，對(duì)那里幾乎沒有冷卻作用。
結(jié)果是有一個(gè)在當(dāng)?shù)镀腥肭谐鰰r(shí)產(chǎn)生先天的溫度波動(dòng)更明顯的區(qū)別。隨著刀具的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)镀谐鰰r(shí)冷卻，然后在切入時(shí)再一次被加熱。雖然在干切削時(shí)也發(fā)生加熱和冷卻循環(huán)，但是當(dāng)有切削液時(shí)溫度波動(dòng)更大。隨之發(fā)生的熱沖擊會(huì)在刀片上產(chǎn)生應(yīng)力，并會(huì)使其過早破裂。
相似的結(jié)果也在車削時(shí)發(fā)生。譬如當(dāng)在切削速度高于130m/min時(shí)切削碳鋼，暴露在冷卻液里的未涂層硬質(zhì)合金刀片能承受顯著的熱沖擊少于40秒。這種沖擊通過輕微增加前刀面磨損和劇烈的后刀面磨損，顯著縮短刀具壽命。因?yàn)榇蠖鄶?shù)車削加工少于40秒，對(duì)于刀具壽命來說，干車削通常更可取。
另一方面，在鉆削時(shí)，為了提供潤(rùn)滑和把切屑從孔里沖出來，切削液通常是必須的。沒有切削液，切屑會(huì)堵在孔里，而且平均表面粗糙度ra是濕式加工的兩倍。切削液通過潤(rùn)滑邊緣碰到孔壁的鉆尖，也能降低需要的加工扭矩。雖然涂層鉆頭在某種程度上會(huì)增加切削液的潤(rùn)滑效果，但是，降低切削力的涂層zui可能的趨勢(shì)是把摩擦降到zui低。
因?yàn)檫€沒有用于預(yù)測(cè)切削液效果和性能的科學(xué)模型，是否采用干切削取決于具體的加工案例。潤(rùn)滑液通常針對(duì)低速加工、難加工材料和對(duì)表面光潔度有要求的加工場(chǎng)合，而冷卻能力強(qiáng)的切削液會(huì)提高高速加工、易切削材料、簡(jiǎn)單加工、積屑瘤問題和緊尺寸公差加工的性能。然而，很多時(shí)候，切削液提供的額外性能并不值得額外的開銷。在越來越多的加工中，切削液簡(jiǎn)直是不必要的或有害的，因?yàn)楝F(xiàn)代切削刀具適合更高的溫度，而且壓縮空氣能從切削區(qū)域帶走熱切屑。
用涂層處理熱量
涂層通常是當(dāng)今不再需要切削液的另一個(gè)原因。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片或刀具的熱傳遞來控制溫度波動(dòng)。涂層的作用就像熱屏障，因?yàn)樗斜鹊毒呋w和工件材料低很多的熱導(dǎo)性。因此涂層刀片和刀具吸收較少的熱量，能承受更高的切削溫度，這意味著車削和銑削時(shí)，可在不犧牲刀具壽命的前提下進(jìn)行更高速的切削。
厚度范圍在2～18μm的涂層在刀具性能里扮演著重要角色。因?yàn)楸⊥繉颖群裢繉釉诳焖倮鋮s和加熱過程中引起應(yīng)力更低，并且不易破裂。對(duì)于斷續(xù)切削，這個(gè)厚度范圍較薄的一端承受溫度波動(dòng)的能力更佳。在相同的應(yīng)力下，厚涂層在加熱或冷卻太快時(shí)容易破裂。因此，用薄涂層刀片進(jìn)行干加工通?？梢匝娱L(zhǎng)刀具壽命達(dá)40%。
這是為什么圓刀片和銑刀片通常采用物理氣相沉積（pvd）的一個(gè)重要原因。和相對(duì)應(yīng)的化學(xué)氣相沉積（cvd）涂層相比，pvd涂層更薄，粘著力更佳。除了更薄以外，它們的沉積溫度也要低很多。所以在車削和銑削刀具中，更多使用鋒利的切削刃和大的正前角。
雖然氮化鈦（tin）占到所有涂層刀具的80%，但氮鋁化鈦（tialn）作為針對(duì)高速精加工的*pvd涂層出現(xiàn)了。在連續(xù)高溫切削（如高速車削）時(shí)，tialn超過tin性能的3倍。在干銑削和小直徑深孔鉆削時(shí)，由于切削液很難滲透，熱應(yīng)力很高，tialn也比tin勝出很多。
在相同切削溫度下，tialn比tin更硬，它是目前熱穩(wěn)定性和抗化學(xué)磨損能力的pvd涂層。其硬度高達(dá)hv3500，而且工作溫度高達(dá)1470f°。雖然沒有人知道為什么會(huì)如此，但是科學(xué)家猜想，這些特性來自一種當(dāng)某些高溫下涂層表面氧化時(shí)在切屑-刀具接觸面形成的非晶質(zhì)氧化鋁膜。
應(yīng)用更薄的多層pvd涂層使其更適合于干切削的研究正在進(jìn)行之中。這種沉積工藝建立一種由數(shù)百層僅幾納米厚的涂層構(gòu)成。相反，傳統(tǒng)pvd工藝由幾層微米級(jí)的涂層沉積而成。
盡管對(duì)pvd涂層有著強(qiáng)烈的興趣，與之相對(duì)應(yīng)的cvd涂層對(duì)于大多數(shù)黑色金屬工件材料來說一直很受歡迎。cvd工藝很高的沉積溫度有助于粘著并且允許基體生成強(qiáng)化刃口和幫助基體抵抗變形的富鈷區(qū)。由于它們比pvd涂層更厚，因此需要對(duì)切削刃更重的鈍化來防止像墻角厚層涂料的剝落那樣的開裂。這種設(shè)計(jì)可提高耐磨性，且能用超過0.076mm/r～0.89mm/r的進(jìn)給量進(jìn)行加工。
cvd也是*使用已知*抗熱和氧化磨損的氧化鋁涂層沉積工藝。氧化鋁導(dǎo)熱差，因此隔離切屑形成過程中產(chǎn)生的熱量并迫使熱量流入切屑。使得它成為硬質(zhì)合金里干加工的優(yōu)異的cvd涂層。在高速下它保護(hù)基體，是抗磨料磨損和月牙洼磨損的*涂層。
*材料喜歡干加工
雖然涂層材質(zhì)等級(jí)有更好的刀具壽命且在干銑加工時(shí)比濕式加工更可靠，但是對(duì)于高速加工的要求使切削溫度超越硬質(zhì)合金刀具的經(jīng)濟(jì)極限。譬如在14000r/min和線速度400m/min下干加工灰鑄鐵，刀具前面的切削區(qū)能加熱到600～700℃之間。金屬切除率同那些用更傳統(tǒng)技術(shù)銑削鋁接近，但是對(duì)于傳統(tǒng)切削刀具來說，加工灰鑄鐵時(shí)產(chǎn)生的溫度太高。
因此，更高的切削速度將要求使用具有更高紅硬性和更耐磨的切削刀具材料。金屬陶瓷、立方氮化硼（cbn）和兩種陶瓷（如今，“陶瓷”這一術(shù)語包括氧化鋁和氮化硅兩種陶瓷，而不像過去那樣僅指氧化鋁陶瓷）很適合這種要求。聚晶金剛石（pcd）也是一種適合干切削的刀具材料（雖然不適合加工黑色金屬）。然而，所有這些材料雖然具有很好的紅硬性和抗磨料磨損性能，但其缺點(diǎn)是具有較高的易碎性。
金屬陶瓷是一種*的硬質(zhì)合金材料。與傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷能在更高的溫度下工作，但其耐沖擊性、中等到重載下的韌性以及小進(jìn)給和大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度不如硬質(zhì)合金。然而，在輕載加工時(shí)，金屬陶瓷與傳統(tǒng)硬質(zhì)合金具有大致相等的刃口強(qiáng)度，而且在更高的切削速度下承受溫度和磨損更好，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)且表面光潔度更佳。對(duì)于延展性好和粘性高的材料，在抗積屑瘤的形成和生成良好表面光潔度方面，金屬陶瓷的表現(xiàn)也更好。
更好的紅硬性來自組成刀具材料的鈦化物。金屬陶瓷是陶瓷和金屬的首字母縮略語，是一種包含硬的鈦基化合物（碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦）的燒結(jié)碳化物，它以鎳或鎳鉬作為粘接劑，而不像制造傳統(tǒng)硬質(zhì)合金那樣用鈷作為粘接劑。由于金屬粘接劑的溫度限制，典型的金屬陶瓷材質(zhì)牌號(hào)的紅硬性不能用于加工硬度超過40hrc的工件材料。
與涂層和不涂層硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷對(duì)破損和進(jìn)給引起的應(yīng)力要敏感得多。因此，它在要求高精度和良好光潔度的高切削速度、低進(jìn)給率、小切深加工中表現(xiàn)*。理想的加工操作是那些切削時(shí)沒有嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)的情況。車削碳鋼時(shí)，進(jìn)給量的上限通常是0.63mm/r，并且也能在高主軸轉(zhuǎn)速和合適的進(jìn)給量下進(jìn)行普通銑削加工。
如果保持在這些加工條件限制內(nèi)，在大批量生產(chǎn)情況下，金屬陶瓷能長(zhǎng)時(shí)間保持鋒利的切削刃。雖然金屬陶瓷能在傳統(tǒng)切削速度和進(jìn)給率下提高刀具壽命和表面光潔度（與硬質(zhì)合金相比）而值得使用，但它也能通過提高切削速度（加工合金鋼時(shí)可提高20%，加工碳鋼、不銹鋼和球墨鑄鐵時(shí)可提高50%）而提高生產(chǎn)率。
陶瓷是刀具材料的一個(gè)分支。陶瓷切削刀具同它們相對(duì)應(yīng)的金屬陶瓷相似，對(duì)工件材料的化學(xué)穩(wěn)定性好，刀具壽命長(zhǎng)，而且能在高速下切削。純氧化鋁有*的熱阻抗，但強(qiáng)度和韌性較低，如果工況不佳的話，較低的強(qiáng)度和韌性的組合會(huì)使它容易破損。為了降低其破裂敏感性，刀具制造商或者添加少量氧化鋯來提高韌性，或者摻入20%～40%的碳化鈦和氮化鈦來提高其抗沖擊性和熱導(dǎo)性。但是，其韌性仍然比硬質(zhì)合金低得多。
另一種提高氧化鋁陶瓷韌性的方法是加入用于增韌補(bǔ)強(qiáng)的碳化硅晶須。雖然這些晶須典型的平均直徑只有1μm，長(zhǎng)度為20μm，但它們具有很高強(qiáng)度，并能顯著增加韌性和抗熱沖擊性。晶須zui多能占到總量的30%。
與氧化鋁陶瓷類似，氮化硅陶瓷在比硬質(zhì)合金能承受的溫度更高的條件下維持良好的紅硬性，并且承受熱沖擊和機(jī)械沖擊的能力更強(qiáng)。與氧化鋁陶瓷相比，它的主要缺點(diǎn)是加工鋼件時(shí)化學(xué)穩(wěn)定性不如氧化鋁好。盡管如此，氮化硅陶瓷刀具能以435m/min的線速度干式加工灰鑄鐵，氮化硅陶瓷通常被用于加工此類工件。
雖然使用陶瓷刀具能達(dá)到很高的金屬切除率，但必須正確地應(yīng)用。舉例來說，陶瓷刀具并不適合加工鋁，但其加工灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼以及耐熱合金的效果很好。但即使加工這些材料時(shí)，使用是否成功取決于刃口修磨、刀具對(duì)工件的性能、機(jī)床和夾具的穩(wěn)定性、采用正確的操作方法和優(yōu)化的加工參數(shù)。cbn是一種硬度僅次于金剛石的超硬刀具材料，通常在加工硬度大于48hrc的材料時(shí)效果（加工軟材料時(shí)cbn磨損很快）。cbn在溫度高到2000℃是仍具有的紅硬性。雖然cbn比硬質(zhì)合金更脆，且導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性低于陶瓷，但它有比陶瓷刀具更高的沖擊強(qiáng)度和抗破裂性，而且在剛性較低的機(jī)床上也能切削硬金屬。此外，恰當(dāng)定制的cbn刀具能承受大功率粗加工的切削載荷、斷續(xù)切削的擊打和精加工所需的耐高溫和耐磨損性能。
對(duì)于工序恰當(dāng)?shù)亩ㄖ瓢C(jī)床和夾具的剛性、刃口修磨大到足以防止顯微剝落，而且刀具的基體是一種cbn含量高的材質(zhì)等級(jí)。cbn含量高的材質(zhì)等級(jí)對(duì)這些工序是必須的，因?yàn)樗鼈兙哂腥锌谥剌d條件下高速加工要求的高導(dǎo)熱性和韌性以及用于嚴(yán)重?cái)嗬m(xù)切削。這些性能使得這種材質(zhì)等級(jí)的刀具材料被用作粗加工淬硬鋼和珠光體灰鑄鐵。
cbn含量低的材質(zhì)牌號(hào)比cbn含量高的牌號(hào)更脆，但它們用于加工淬硬黑色金屬時(shí)性能更好。它們具有更低的導(dǎo)熱性和相對(duì)更高的承受高速切削和負(fù)前角所產(chǎn)生熱量的抗壓強(qiáng)度。更高的切削區(qū)溫度可以軟化工件材料和幫助斷屑，而負(fù)前角可強(qiáng)化刀具、穩(wěn)定切削刃、提高刀具壽命，并允許小于0.25mm的切深。
因?yàn)閏bn刀具能獲得優(yōu)于0.4μm的表面光潔度并保持±0.012mm的同軸度，干車淬硬工件通常是一種有吸引力的替代骯臟的強(qiáng)化冷卻的磨削加工方案。雖然cbn是一種硬車削和高速銑削特別喜歡的刀具材料，但陶瓷和cbn的應(yīng)用范圍有驚人的重疊，故而有必要用成本－效益分析來決定誰能獲得*結(jié)果。
pcd加工有色金屬時(shí)表現(xiàn)突出。作為目前zui硬的切削刀具材料，合成聚晶金剛石承受磨料磨損的能力*。其硬度和耐磨性來自晶體各向異性和金剛石顆粒之間的牢固結(jié)合能夠阻止裂紋擴(kuò)展。把pcd刀頭焊到硬質(zhì)合金刀片上，可以增加強(qiáng)度和抗沖擊性，并能延長(zhǎng)刀具壽命高達(dá)100倍。
然而，其它一些特性使其不適合用于許多加工操作。其中之一是pcd與黑色金屬中的鐵具有親合性，由此產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)使這種刀具材料不適合加工有色金屬。另一個(gè)受限特性是它無法承受超過600℃的切削區(qū)高溫，因此pcd不適合切削加工抗拉強(qiáng)度高的工件材料。
盡管如此，pcd在加工有色金屬時(shí)表現(xiàn)很好，在加工耐磨高硅鋁合金時(shí)尤為突出。鋒利的切削刃和大正前角對(duì)于剪切這種材料和減小切削力、抑制積屑瘤非常關(guān)鍵。在加工磨蝕性大的有色金屬材料時(shí)，pcd表現(xiàn)出很好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性，它能保持剪切工件所必須的鋒利切削刃。
強(qiáng)化切削刃與減輕加工載荷
盡管自從推出后它們的物理性能提高以及應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，由金屬陶瓷、陶瓷、cbn、pcd做成的刀具仍然比硬質(zhì)合金更脆并且不能承受同樣大的應(yīng)力。因此，由它們做成的刀具需設(shè)計(jì)成能增強(qiáng)支撐和釋放應(yīng)力。
設(shè)計(jì)這種刀具的一個(gè)重要部分是切削刃的刃磨，它可使切削力偏離刀片刃口改變方向傳入基體。三種這樣的刃口修磨是恰當(dāng)?shù)模贺?fù)倒棱、珩磨、珩磨的負(fù)倒棱。負(fù)倒棱象切削刃的一個(gè)倒角狀的平面，它取代薄弱鋒利的刀尖。這里刀具設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)使保證切削刃足夠的強(qiáng)度和壽命的zui小帶寬和角度，因?yàn)閷挾群徒嵌仍龃蠛蟮镀玫綇?qiáng)化但也增加了切削力。
珩磨用于鈍化鋒利的切削刃。雖然它們不提供與負(fù)倒棱相同的抗微崩刃保護(hù)作用，但珩磨對(duì)由*材料制作的小切深小進(jìn)給以保持zui小切削力的精加工刀片很有效。珩磨也能強(qiáng)化前、后刀面相交處負(fù)倒棱的作用。當(dāng)用陶瓷粗車鋼件發(fā)生微崩時(shí)，珩磨能釋放該處的應(yīng)力、強(qiáng)化刀片而不要加寬負(fù)倒棱。
除了針對(duì)某個(gè)加工的*刃口修磨，刀具設(shè)計(jì)人員也必須優(yōu)化切削角度并能排屑。通過加大后角降低切削力讓刀具上的應(yīng)力減少并降低切削區(qū)的溫度。正前角的數(shù)值盡可能大，靠更好的剪切作用也減少切削力并加寬卷屑槽空間靠加大排出路徑幫助切屑排出，特別是在鉆削和螺紋加工時(shí)。
保持低的切向切削力的另一種方法是高速切削。在很高主軸轉(zhuǎn)速下的高進(jìn)給率降低而不是增加對(duì)工件的沖擊多達(dá)75%～90%，這取決于刀具和加工參數(shù)。更進(jìn)一步，干加工改善切削過程的熱穩(wěn)定性;銑刀比五年前至少有更準(zhǔn)確的大小;而且現(xiàn)代銑削和車削機(jī)床變得剛性越好足以消除過度的振動(dòng)。所有這些發(fā)展都支持使用脆但更硬更耐磨的刀具材料。
使用一種能承受高溫的刀具的好處之一是切屑形成十分有效。舉例來講，加工鑄鐵時(shí)熱量增加切削區(qū)材料的塑性并降低它的屈服強(qiáng)度。其結(jié)果是金屬切除率比傳統(tǒng)粗加工增加3倍。因?yàn)檫M(jìn)給率高，刀具剪切切屑快以致大部分熱留在切屑里而沒有時(shí)間流向工件并引起扭曲。盡管切削溫度很高，但工件的熱穩(wěn)定性更好而且要比在傳統(tǒng)金屬切除率條件下更。
沖擊較小的精加工也使工件、夾具和機(jī)床以及在高線速度下以每轉(zhuǎn)更小的進(jìn)給量使用安裝小刀片低密度材料的刀盤的靜態(tài)變形達(dá)到zui小。因?yàn)橹喂ぜ恍韬苄〉膴A緊力，所以能夠簡(jiǎn)化夾具，不需要一個(gè)有加強(qiáng)筋、工件支撐和夾緊元件的復(fù)雜夾具系統(tǒng)。結(jié)果是機(jī)床對(duì)箱體零件的各個(gè)面進(jìn)刀更多。
機(jī)床是否適合干加工
和裝備合適的機(jī)床也是這個(gè)戰(zhàn)略的一個(gè)重要部分。由于速度通常很快、材料通常很硬、切削溫度很高，所以機(jī)床一定要?jiǎng)傂院谩⒐β蚀?。因此，?duì)于加工中心，使用者應(yīng)該努力縮短刀具懸伸量，并且，除了考慮速度和功率外，還要判斷主軸的內(nèi)在剛性。
在車床上切削接近成型的零件和淬硬零件時(shí)，解決了切削力問題后，刀塔能靠機(jī)床剛性實(shí)現(xiàn)很長(zhǎng)的切削行程。一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的機(jī)床將解決那些沿著短的直接通路的力并且包含盡可能少的移動(dòng)和支撐刀具的機(jī)床零件。在權(quán)衡精度和柔性后，你也許認(rèn)為，直接裝在橫刀架的刀具組能消除回轉(zhuǎn)分度機(jī)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)能縮短刀具懸伸量，平衡作用于導(dǎo)軌上的切削力，并使支撐面zui小化。
對(duì)于加工精度來說，熱穩(wěn)定性也很關(guān)鍵。所以，一些機(jī)床制造商用軟件補(bǔ)償熱膨脹的辦法來改進(jìn)其加工中心的機(jī)械部分性能。然而，控制溫度變化將開始有效地外排熱切屑來消除工作系統(tǒng)內(nèi)部的重要熱源。好的機(jī)床設(shè)計(jì)將沒有積聚切屑的腔和托盤而是有不靠切削液幫助就能排出干切屑螺旋推運(yùn)器和切屑運(yùn)送裝置。如果需要用切削液協(xié)助排屑的話，考慮用壓縮空氣來代替切削液。
為了保護(hù)滾珠絲杠和導(dǎo)軌，避免操作工吸入空氣中的灰塵，還需要安裝伸縮蓋、防護(hù)罩、密封和吸塵裝置。從濕式加工轉(zhuǎn)變到干切削的機(jī)床設(shè)計(jì)是可行的，買一臺(tái)干加工的機(jī)床總體來講費(fèi)用較低、問題更少。它的吸塵裝置和壓縮空氣輸送系統(tǒng)也比相應(yīng)濕式加工需要的油霧收集器和冷卻泵更便宜，運(yùn)行成本也由于干加工取消了冷卻液管理和處理費(fèi)用而大幅下降。此外，干加工可使你從現(xiàn)在和將來的切削液使用責(zé)任規(guī)章制度中解放出來。
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