為了滿足用戶對(duì)生產(chǎn)效率和加工精度的要求皆刺，研究人員和設(shè)備制造商正在努力突破傳統(tǒng)的銑削壶运、鉆削针饥、車削厂抽、磨削等加工方法的限制。伴隨著對(duì)傳統(tǒng)加工工藝的持續(xù)改進(jìn)和完善丁眼，各種新穎的切削技術(shù)和加工方法也在不斷涌現(xiàn)出來筷凤。下面介紹一些已經(jīng)成功應(yīng)用的現(xiàn)代加工技術(shù)，還有許多新的加工方法正在研究開發(fā)之中苞七。

激光切割加工

　　自從激光器在上世紀(jì)60年代首次問世以來藐守，其種類、尺寸和應(yīng)用范圍一直在不斷拓展蹂风。目前激光技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)重點(diǎn)主要包括：①改善用戶友好性和易于操作性卢厂；②易于維護(hù)保養(yǎng)；③提高“即插即用”能力硫眨；④縮小設(shè)備體積以應(yīng)用于醫(yī)療和電子行業(yè)足淆；⑤提高精度巢块；⑥適應(yīng)利基生產(chǎn)和大批量生產(chǎn)的柔性能力织岁。

　　近二十余年來，激光加工技術(shù)已成為鈑金加工中的一個(gè)重要組成部分炒垫，不斷增大的激光功率使生產(chǎn)率獲得了大幅度提高着脐。此外，激光加工設(shè)備還具有許多各不相同的設(shè)計(jì)特點(diǎn)够煮。

　　世界著名激光加工設(shè)備制造商Trumpf公司非常重視激光加工設(shè)備的多功能性畸居，并且一直向用戶提供二維和三維激光切割系統(tǒng)。由于激光加工極具柔性弟茸，因此能很好地解決許多企業(yè)管理者面臨的兩難抉擇——是面向單件小批量加工的“利基市場(chǎng)”還是實(shí)施大批量生產(chǎn)栅洁？Trumpf公司的三維激光加工系統(tǒng)可以方便地定制為上述兩種加工類型中的任何一種。在大批量加工的汽車制造業(yè)版叁，該系統(tǒng)被用于汽車車身的精確切割劳诽，切口清晰干凈，并且不存在熱影響區(qū)（HAZ）的問題敲侧。利用激光的切割能力定歧，可以簡(jiǎn)化相同型號(hào)汽車車身的制造過程。例如僻匿，激光加工系統(tǒng)可以在最終生產(chǎn)工序切割出汽車方向盤的位置官地，無論它是位于車身的左側(cè)還是右側(cè)酿傍。用激光切割掉車頂，就可以將一輛轎車變成一輛敞篷車驱入。通過增加幾個(gè)焊接件赤炒，就可以將轎車變成皮卡。這樣可以減少車身沖壓模具和操作工人的數(shù)量沧侥，大大提高生產(chǎn)率可霎，即激光加工系統(tǒng)能夠在無需工具的情況下實(shí)現(xiàn)柔性制造。

　　Trumpf公司還能為加工車間提供激光切割機(jī)和激光折彎?rùn)C(jī)宴杀，從而使盒類結(jié)構(gòu)部件的制造更為容易癣朗。首先用激光切割機(jī)對(duì)金屬板材進(jìn)行切割，然后用激光折彎?rùn)C(jī)使工件成型旺罢。最新的技術(shù)進(jìn)展則是在鈑金加工車間再增設(shè)一個(gè)激光焊接站旷余。

　　三維激光切割系統(tǒng)在汽車制造業(yè)的另一個(gè)應(yīng)用是切削高強(qiáng)度鋼。為了提高汽車零部件的強(qiáng)度和減輕其重量扁达，汽車制造商正越來越多地使用更為強(qiáng)韌的金屬材料正卧。但隨之而來的問題是這些材料非常難切削，造成刀具磨損率急劇升高缨拇，以致采用常規(guī)切削工藝無法實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性加工茅早。

　　Trumpf激光能夠輕松而快速地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜切削而無需后續(xù)二次加工。開發(fā)這種激光加工系統(tǒng)需要解決的一個(gè)大問題是誤差的累積类紧，其中包括工件的誤差肘论、激光系統(tǒng)的誤差和工件夾持系統(tǒng)的誤差。而工件夾緊問題使事情進(jìn)一步復(fù)雜化抵思，由于工件上沒有可用于安全可靠夾緊的孔悉砌，因此需要設(shè)計(jì)特殊的夾具，以確保工件在加工時(shí)不會(huì)引起任何變形焙句。

　　帶有五軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂的CO2激光加工系統(tǒng)已經(jīng)投入使用符晃，根據(jù)工件材料的不同類型和不同厚度，可選用3000～6000W的激光功率港摘。為了達(dá)到汽車生產(chǎn)所要求的加工速度绒双，這種激光加工系統(tǒng)集成了一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)式工件夾持系統(tǒng)，使激光能夠穩(wěn)定地工作脖嗽。

激光輔助加工

　　激光輔助加工是人們很久以來就一直在研究的加工技術(shù)还织，現(xiàn)在該技術(shù)已開始走出實(shí)驗(yàn)室，投入實(shí)際應(yīng)用烛亦。在加工時(shí)诈泼，通過光纖或其它光束傳導(dǎo)裝置將激光束投射到工件上，正好位于刀具前面煤禽。激光產(chǎn)生的熱量可使工件軟化铐达，使其變得易于切削岖赋。該方法可用于難加工材料如鉻鎳鐵合金（Inconel）、鎳基高溫合金（Waspaloy）或陶瓷等的切削加工瓮孙。例如唐断，激光輔助加工機(jī)床能像切黃油那樣輕松地切削陶瓷材料，并且可以獲得高質(zhì)量的加工表面（表面粗糙度可達(dá)Ra0.5μm或更好）杭抠。

　　在激光輔助加工中脸甘，可以采用常規(guī)的CBN刀具或陶瓷刀具，由于工件材料變得易于切削偏灿，因此刀具壽命可以大大延長(zhǎng)丹诀。

　　由于用于加熱的激光束被緊密聚焦，因此加熱的范圍僅局限于實(shí)際切削區(qū)周圍翁垂。熱量將被切屑帶走铆遭，因此不會(huì)因加熱而改變材料切削的物理性質(zhì)。在切削過程中减磷，激光的功率可以調(diào)整哮霹，以便與被切削工件輪廓相互匹配。激光加熱一般使用功率水平為200～500W的半導(dǎo)體激光器或CO2激光器氏赴。

　　激光輔助加工的推廣應(yīng)用存在兩個(gè)需要解決的問題墅轩。一個(gè)是技術(shù)問題，即在加工之初如何確定切削參數(shù)（包括激光的功率和聚焦服酥、切削進(jìn)給率和切削速度等）付昧。另一個(gè)是認(rèn)識(shí)問題，即如何使人們了解激光輔助加工的工作原理和使用方法广狂，使他們相信應(yīng)用該技術(shù)可以帶來諸多好處逮百。

水射流/EDM復(fù)合加工

　　MC Machinery Systems公司推出了一種獨(dú)具匠心的加工方法艾烫，他們將兩種非常規(guī)切削工藝——水射流加工（waterjet镀翁，俗稱“高壓水刀”或“水刀”——譯注）與放電加工（EDM）組合在一起，作為一個(gè)獨(dú)立的制造單元拄讨。這種三菱（Mitsubishi）水射流系統(tǒng)是為與EDM一起加工而專門設(shè)計(jì)的卸悼，具有復(fù)合加工功能。該機(jī)床的創(chuàng)意是首先用水射流進(jìn)行粗加工和去除毛坯余量椭员，然后將工件移至EDM上進(jìn)行最終精加工车海。實(shí)驗(yàn)表明，這種復(fù)合加工系統(tǒng)可以將全部加工步驟削減28％隘击。

　　現(xiàn)在已能提供2～5軸的系列水射流加工系統(tǒng)侍芝，所有機(jī)床都是由一臺(tái)60馬力（45kW）的電機(jī)提供動(dòng)力，它能為加工提供壓力達(dá)60000psi（420MPa）的高壓水埋同。

　　大多數(shù)水射流設(shè)備制造商都已意識(shí)到州叠，當(dāng)加工制造商們充分領(lǐng)略到這種技術(shù)的多功能優(yōu)勢(shì)后棵红，將會(huì)形成一個(gè)不斷擴(kuò)大的需求市場(chǎng)。目前還需要進(jìn)一步提高水射流控制系統(tǒng)的先進(jìn)性咧栗，尤其是機(jī)床加工狀態(tài)診斷技術(shù)逆甜，包括水泵性能和維修必要性的監(jiān)測(cè)。隨著機(jī)床可靠性和工作水壓的進(jìn)一步提高致板，多切削頭加工正變得日益普及交煞。目前在整個(gè)水射流加工領(lǐng)域，60000psi的水壓已較為常見斟或，而采用更高水壓的相關(guān)技術(shù)正在研發(fā)過程之中熬鸟。為此，必須對(duì)提高水壓對(duì)切削速度和機(jī)床性能的影響以及加工成本進(jìn)行研究肮插。此外腥浪，易于維護(hù)從而能減少加工輔助時(shí)間對(duì)于新機(jī)型的開發(fā)也非常重要，而提高水射流切削的表面光潔度則意味著無需對(duì)工件表面進(jìn)行二次精加工咕咸。

　　隨著超高壓水射流技術(shù)的發(fā)展伸四，加工水壓將不斷提高，超越現(xiàn)有水平倡剥。其它的變化還包括：隨著對(duì)于超高水壓對(duì)現(xiàn)有機(jī)床零部件性能和壽命的影響有了更多認(rèn)識(shí)淡班，人們將不斷改進(jìn)這些零部件的設(shè)計(jì)。例如檀萝，Jet Edge公司最近推出了在iP60-50增壓泵基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)的超高壓增壓泵杀佑。這種增壓泵的體積更小，更容易伺服控制朋凰，同時(shí)還能延長(zhǎng)機(jī)床零部件（如密封件和止回閥）的工作壽命卤连，從而可以在不降低水射流系統(tǒng)加工性能的前提下為用戶節(jié)省加工成本。

　　雖然水射流加工屬于一種比較新的切削技術(shù)情组，但它現(xiàn)在已被看作是一種“主流”工藝燥筷，并且正在迅速擴(kuò)張，打入傳統(tǒng)的金屬切削市場(chǎng)院崇。更重要的是肆氓，水射流和磨料水射流加工正在突破傳統(tǒng)的金屬切削加工領(lǐng)域，開始進(jìn)入其它加工領(lǐng)域底瓣，包括用于切割建筑材料（如石材谢揪、瓷磚等）、軟材料（如墊片捐凭、織物等）以及食品等拨扶。隨著水射流技術(shù)的發(fā)展，加工水壓將會(huì)繼續(xù)提高，從而可以在每個(gè)工作臺(tái)上安裝更多的切削頭患民，生產(chǎn)效率也將大幅度提高村视。

　　在不久的將來，可能實(shí)現(xiàn)在切削頭上集成更多的運(yùn)動(dòng)控制酒奶，使機(jī)床具有更大的加工柔性蚁孔，從而可以完成如今需要多臺(tái)機(jī)床或多次安裝才能完成的切削工作〖涂祝可以預(yù)見眠亿，今后對(duì)將水射流、磨料射流切削頭以及等離子體现岗、激光等其它切削工藝集于一體的多任務(wù)加工系統(tǒng)的市場(chǎng)需求將日益增加也控。此外，采用STEP技術(shù)編程語言對(duì)軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)換代也值得期待辱涨。

蠕墨鑄鐵（CGI）的加工

　　有些先進(jìn)的加工技術(shù)來自于對(duì)現(xiàn)有加工技術(shù)的改進(jìn)用省。例如，Makino公司的工程師們面對(duì)加工蠕墨鑄鐵（CGI）的技術(shù)難題开撤，就必須對(duì)傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行創(chuàng)新變革败民。

　　雖然蠕墨鑄鐵材料在理論上具有許多優(yōu)點(diǎn)，但要將其加工制造成實(shí)用的產(chǎn)品瞒唇，卻需要克服大量技術(shù)難題坡驹。主要的壓力在于如何使蠕墨鑄鐵的加工簡(jiǎn)易化，尤其是對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的加工服畜。蠕墨鑄鐵的磨損特性是其優(yōu)于其它類型鑄鐵材料的主要優(yōu)勢(shì)四爹，也是其難以加工的主要原因。

　　為了簡(jiǎn)化蠕墨鑄鐵的加工投放，Makino公司的工程師們與Sandvik Coromant公司的刀具工程師們合作奈泪，對(duì)傳統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)銑削工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，并增加了一種基于其Flush Fine精加工工藝的缸體孔精鏜技術(shù)灸芳。這種新的加工方法使發(fā)動(dòng)機(jī)制造商能以接近加工灰鑄鐵的切削速度來加工蠕墨鑄鐵涝桅。

　　將工藝規(guī)劃與高精度機(jī)床、螺旋進(jìn)刀路徑和珩磨進(jìn)給量的精確控制結(jié)合起來耗绿，可以達(dá)到極其嚴(yán)格的尺寸公差要求苹支，從而可獲得很高的加工表面質(zhì)量砾隅，以致在珩磨之前無需再進(jìn)行其它精加工误阻。新技術(shù)的應(yīng)用極有可能完全取消半精加工工序，用于該工序的所有工具和機(jī)床也將隨之省去晴埂。切削所用的硬質(zhì)合金刀具是采用Sandvik公司的密齒刀具技術(shù)專門設(shè)計(jì)制造的究反。

低溫液氮冷卻輔助加工

　　將-195℃的液氮作為冷卻劑應(yīng)用于傳統(tǒng)的車削加工中，可以有效降低切削區(qū)溫度，改善加工條件精耐。與使用水基狼速、油基或合成冷卻液相比，低溫液氮冷卻具有許多優(yōu)點(diǎn)竿饭，尤其在加工硬材料和將其作為延長(zhǎng)刀具壽命的手段時(shí)儿戏。如今這種加工方法已開始投入商業(yè)應(yīng)用。

　　Hardinge公司推出的這種稱為“Icefly”的低溫硬車削新工藝應(yīng)用于Quest CNC車削中心上不凳。通過將液氮引入切削區(qū)實(shí)施冷卻勤驾，可使陶瓷刀片更為強(qiáng)韌耐用，從而能縮短切削時(shí)間腿弛，延長(zhǎng)刀具壽命身州。該工藝非常適合難加工材料（如淬硬鋼、耐磨合金躬摆、硬質(zhì)合金工件等）的切削加工值港。

　　Icefly低溫冷卻系統(tǒng)最初由Air Products公司開發(fā)，現(xiàn)在Hardinge公司又根據(jù)實(shí)際加工需要對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和完善阻洋。在車削加工中绕鸯，該系統(tǒng)可將-195℃的液氮射流直接噴射到刀片上，使刀片硬度得以提高败芙，大幅度減輕了硬車削的切削高溫對(duì)刀片的熱軟化效應(yīng)蜒金。在刀/屑界面與刀片刀體之間產(chǎn)生急劇下降的溫度梯度也有助于切削區(qū)的散熱。此外承边，有效的冷卻可以保持刀片切削刃的完整性遭殉，防止出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象而在工件表面形成熱壓縮層，從而能夠提高加工表面質(zhì)量和光潔度博助。硬車削加工通常選用CBN和PCBN刀片险污，但對(duì)于許多加工來說，它們被認(rèn)為過于昂貴富岳。通過應(yīng)用低溫液氮冷卻技術(shù)蛔糯，就能在硬車削加工中更多地使用價(jià)格低廉的陶瓷刀片。

　　在干式硬車削或采用水（油）基冷卻液的濕式硬車削中窖式，CBN和PCBN陶瓷刀片往往容易出現(xiàn)不均勻磨損和發(fā)生碎裂蚁飒。低溫液氮冷卻可以增強(qiáng)刀片的破裂韌性，并使陶瓷刀片更多呈現(xiàn)可預(yù)測(cè)的前刀面漸進(jìn)磨損模式萝喘，同時(shí)可將切削速度提高一倍淮逻。這種可預(yù)測(cè)的前刀面均勻磨損也使將氧化鋁陶瓷刀片用于要求嚴(yán)格的精車加工成為可能。

　　液氮可以存儲(chǔ)在加工機(jī)床旁邊的一個(gè)小型專用圓筒內(nèi)阁簸，也可以存貯在一個(gè)較大容器中同時(shí)為多臺(tái)機(jī)床供液爬早。供液系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的冷卻液系統(tǒng)類似。一根柔性的液氮輸送管通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭聯(lián)接到車床的刀塔上，為夾緊在刀具上的噴嘴供給液氮碟姓，噴嘴則將液氮直接噴向刀片的刀尖炼注。

　　低溫液氮冷卻系統(tǒng)可用于淬硬鋼、硬質(zhì)復(fù)合材料和粉末冶金工件的車削加工易传。由于作為惰性氣體的氮?dú)庠谂c刀片接觸后就蒸發(fā)了方数，因此不會(huì)產(chǎn)生任何殘留物，這對(duì)于具有多孔性的粉末冶金工件特別有利臭赃，以往此類工件加工后常常還需要進(jìn)行清洗具雹，以去除工件上殘留的冷卻液。

　　氮?dú)馐且环N安全扑诈、不可燃衔系、無腐蝕的氣體，它可以迅速蒸發(fā)重回空氣之中很刃，而無任何會(huì)污染工件砾褂、切屑、機(jī)床或?qū)Σ僮髡哂泻Φ臍埩粑镏缙郑虼送耆恍枰魏翁幚碣M(fèi)用馍资。

　　有一家設(shè)備供應(yīng)商在加工一種硬質(zhì)合金工件時(shí)曾遇到很大困難。這種含鈷量11％的工件長(zhǎng)度約216mm关噪，直徑為70mm鸟蟹，以前需要先粗磨再精磨，僅粗磨加工就需耗時(shí)4小時(shí)使兔。于是Hardinge公司決定采用Icefly系統(tǒng)對(duì)該工件進(jìn)行硬車加工建钥，結(jié)果僅用刀片的一個(gè)切削刃就能完成約6倍工件長(zhǎng)度（1219mm）的走刀加工。切削速度可達(dá)到約24m/min虐沥，每次走刀僅耗時(shí)約4分鐘熊经，為去除0.015mm的余量，需進(jìn)行3次走刀欲险，即整個(gè)硬車削加工時(shí)間約為12～15分鐘镐依，而以前光是粗磨就需要4小時(shí)，然后還需要再進(jìn)行精磨加工天试。

聚焦離子束加工

　　美國(guó)國(guó)家科技研究所（The National Institute of Science and Technology）正在研究開發(fā)多種先進(jìn)的加工和切削技術(shù)槐壳。其中，聚焦離子束（FIB）銑削技術(shù)在納米/微米加工領(lǐng)域具有極其重要的影響喜每。該技術(shù)可利用聚焦離子束“切削”工件表面课妙，加工出微形貌和微孔。聚焦在工件上的離子束直徑可小至6nm纷辈，并能以亞微米級(jí)的分辨率對(duì)其進(jìn)行控制秋孕。FIB可用于以“濺射”方式去除工件材料卤酬，對(duì)于材料種類幾乎沒有限制膛躁。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域绞胡，F(xiàn)IB技術(shù)在半導(dǎo)體制造業(yè)被用于集成電路的診斷和修復(fù)。此外赢虚，研究人員正在利用該技術(shù)來制備三維納米結(jié)構(gòu)覆逊。

　　國(guó)家科技研究所制造業(yè)測(cè)量分部的工程師們正在探索將FIB技術(shù)作為在工件上添加微細(xì)特征的手段。FIB能加工出小至10nm的微孔舰秀，其材料去除率從幾分鐘到數(shù)小時(shí)不等波媒。目前，材料去除率低是FIB工藝的主要缺點(diǎn)之一枚鸭。以現(xiàn)在這種去除率水平腮鹦，濺射材料的再沉積是一個(gè)很大的難題。工程師們?cè)O(shè)想饵较，可以首先通過常規(guī)工藝加工出近凈成形工件拍嵌，然后采用FIB在工件上添加尺寸為微米級(jí)和亞微米級(jí)微細(xì)結(jié)構(gòu)。

　　FIB加工技術(shù)并不是一種主流加工技術(shù)循诉，但在制造微細(xì)結(jié)構(gòu)方面卻有著超越其學(xué)術(shù)意義的實(shí)用價(jià)值横辆。

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