在整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削加工過(guò)程中，要保證零件加工質(zhì)量和加工精度，提高加工過(guò)程的材料去除率，首先必須針對(duì)由機(jī)床-刀具-工件及其相互間接口（刀柄和夾具）組成的切削加工系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，保證高速切削過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。

高速切削加工對(duì)機(jī)床的要求主要包括以下方面：

·機(jī)床結(jié)構(gòu)要有優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)特性和熱態(tài)特性；

·主軸單元能夠提供高轉(zhuǎn)速、大功率、大扭矩；

·進(jìn)給單元能夠提供大進(jìn)給速度。

必要時(shí)，可通過(guò)對(duì)切削加工系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析試驗(yàn)，獲取銑削加工系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，為求解銑削加工動(dòng)力學(xué)模型和預(yù)測(cè)加工穩(wěn)定性提供相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對(duì)于高速加工刀具與刀柄選用，首先應(yīng)考慮使用的安全性，否則會(huì)破壞機(jī)床主軸，甚至發(fā)生安全事故。高速切削加工對(duì)刀具和刀柄的選用要求主要包括以下方面。

1.刀具的許用速度必須大于等于實(shí)際加工速度；

2.高速加工刀具和刀柄必須滿足動(dòng)平衡和徑向跳動(dòng)的要求，一般應(yīng)達(dá)到G6.3或G2.5以上要求；

刀柄和刀具的動(dòng)平衡檢測(cè)

經(jīng)動(dòng)平衡測(cè)試，液壓刀柄和刀具、強(qiáng)力動(dòng)平衡式刀柄和刀具能夠達(dá)到G2.5的動(dòng)平衡精度要求，而彈簧夾頭式刀柄和刀具能達(dá)到G6.3的動(dòng)平衡精度要求，但達(dá)不到G2.5的動(dòng)平衡精度要求。

徑向位移跳動(dòng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)圖

在分別對(duì)強(qiáng)力動(dòng)平衡式刀柄、彈簧夾頭刀柄、液壓式刀柄進(jìn)行最大徑向位移跳動(dòng)測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)力動(dòng)平衡式刀柄具有最小徑向跳動(dòng)。

不同刀具、不同轉(zhuǎn)速下的最大徑向位移跳動(dòng)量

從徑向位移跳動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)中可以看出，在刀具轉(zhuǎn)速為20000r/min的條件下，選用了動(dòng)平衡質(zhì)量精度達(dá)到G2.5等級(jí)的強(qiáng)力刀具與刀柄。經(jīng)過(guò)徑向位移跳動(dòng)檢測(cè)，當(dāng)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min時(shí)，刀具的最大徑向位移跳動(dòng)量為10.95~12.05μm，滿足高速精密加工中刀具徑向跳動(dòng)量要求。

3.在高速加工中要求刀柄具有更高的夾持力；

下面給出了HSK系列中常用的液壓刀柄、強(qiáng)力刀柄和熱縮刀柄能達(dá)到的最大扭矩對(duì)比，從圖中可以看出，若采用普通的彈簧夾頭ER32所能達(dá)到的最大扭矩僅為196N·m，采用液壓刀柄HYDRO32所能達(dá)到的最大扭矩為441N·m，采用熱縮刀柄所能達(dá)到的最大扭矩為784N·m，與強(qiáng)力刀柄MAXIN20所能達(dá)到的最大扭矩相同。

不同夾緊方式最大扭矩對(duì)比

綜上所述，強(qiáng)力動(dòng)平衡刀柄具有高動(dòng)平衡精度、小徑向跳動(dòng)，適合用于高速高精加工。另外，采用熱縮刀柄亦能獲得較高的動(dòng)平衡精度，較低的刀柄重量，以及較高的刀具夾持力。

高效加工專用工裝不但要保證高速切削時(shí)有效夾緊定位，同時(shí)還應(yīng)考慮方便實(shí)現(xiàn)快速定位夾緊，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

• 1.工裝與工件的定位接觸面積盡可能大，同時(shí)在工件上選擇盡可能大的平面(或曲面)作為定位面，并提高該定位面的加工精度要求，確保工件定位面與夾具基準(zhǔn)面自然、緊密貼合，增大接觸剛度。

• 2.對(duì)剛性較差的薄壁零件常采用過(guò)定位方式定位,特別是在剛性薄弱處要加支撐,以提高工件的工藝剛度。

▲套筒零件的過(guò)定位

• 3.在保證可靠夾緊的前提下,采用盡可能小的、均布的夾緊力,適當(dāng)增加夾緊點(diǎn)的數(shù)目和增大夾緊力的作用面積。在零件剛性好的方向施加夾緊力,并且作用于剛性好的表面上。

▲伺服電機(jī)型POGO柱：多點(diǎn)、大面積支撐夾緊

目前制造業(yè)普遍采用的裝夾夾具主要有機(jī)械式、液壓可調(diào)式、真空吸附式、氣壓式等。相較于傳統(tǒng)手動(dòng)機(jī)械裝夾夾具，液壓、真空吸附和氣動(dòng)夾具具有可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、裝夾效率高、夾緊力可控等特點(diǎn)，更適合高效加工。

真空吸附夾具夾緊力較?。ㄆ鋯挝粔毫Σ怀^(guò)一個(gè)大氣壓，即小于105Pa），但分布均勻，適用于夾緊任何具有較光滑表面的物體，特別是非金屬類不適合夾取的弱剛性大型薄殼工件的精車、磨削、拋光等小余量去除加工。但真空吸附夾具對(duì)與夾具接觸的工件表面粗糙度及輪廓尺寸要求較高。

1.工件 2.真空吸附夾具 3.底板 4.真空泵 5.導(dǎo)軌 6.液壓控制箱

柔性工裝系統(tǒng)整體構(gòu)思圖和實(shí)物照片

液壓可調(diào)夾具，能實(shí)現(xiàn)夾緊原件姿態(tài)、狀態(tài)的實(shí)時(shí)可調(diào)可控，可保證刀具切削軌跡的連續(xù)性；此外，還可以改變或更換夾具的部分組件來(lái)改變夾具結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同零件的加工裝夾要求，具有更廣泛的適用性。

氣壓夾具能夠?qū)崿F(xiàn)液壓夾具功能，并達(dá)到足夠大的壓緊力，與液壓夾具不同的是，氣壓夾具采用空氣壓力作為動(dòng)力源。