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聚晶立方氮化硼(PCBN)具有硬度高、耐磨性好、不易与铁族金属发生粘结等特点,广泛应用于难加工材料切削、高速铣削、硬切削等领域。而目前铣削淬硬钢、灰铸铁等难加工材料所用的硬质合金面铣刀普遍存在铣削速度低、加工质量有待提高的问题。本课题就是针对淬硬钢、灰铸铁的铣削加工,以聚晶立方氮化硼作为刀具材料,设计开发了一款用于高效铣削的可转位面铣刀,这种面铣刀目前市场上还没有成功的试制案例。首先,本文对铣削过程特点和铣削力机理作出详细的阐述,对铣削加工时单齿和多齿铣削力模型的建立、单位铣削力和动态铣削力频谱之间的关系作了理论分析;基于刀具切削原理和单位铣削力变化对铣削力频谱影响的研究,综合考虑刀具设计的经验值,针对淬硬钢、灰铸铁等难加工材料的高效铣削,设计开发了一款PCBN可转位面铣刀。在此基础上绘制出了PCBN可转位面铣刀的生产制造图纸,并结合企业生产实际,给出了面铣刀加工制造工艺流程,加工出了所设计的面铣刀。然后,针对淬硬钢的加工,采用所设计的PCBN面铣刀与目前加工此类材料常用的硬质合金面铣刀进行对比切削试验,通过分析得知:PCBN可转位面铣刀的铣削性能要优于硬质合金面铣刀,在合理切削参数的条件下,其铣削效果可以媲美磨削效果。最后,通过PCBN刀具对灰铸铁HT200进行铣削力测试试验,使用最小二乘法和回归分析原理建立了铣削力经验模型,分析试验结果发现三个方向的铣削力中,切向铣削力Fz最大,其次是轴向铣削力Fx和径向铣削力Fy。并且铣削力随铣削深度和每分钟进给量增加而增大,随主轴转速的增加而减小。