高速切削

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周龍

電梯直達

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發(fā)表于 2009-3-5 19:14:04 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

隨著機床、刀具和高速旋轉銑刀技術的進步，“高速加工”(HSM)已經(jīng)成為一種高效的加工過程，能夠完成高精度和高表面質(zhì)量零件的加工。隨著機床、主軸和數(shù)控系統(tǒng)或控制單元的顯著改進，高速加工已被成功地應用于航空工業(yè)復雜的鋁合金零件的加工，廣泛地應用在汽車和電子元件產(chǎn)品中的沖壓模，還有塑料模具零件等。高速加工的主要優(yōu)點有：材料去除率高，研制周期短，切削力低，工件變形小。然而，同高速加工的應用相關的問題主要依賴工件材料和所需的產(chǎn)品幾何形狀。高速加工的主要缺點有：過多的刀具磨損，需要特別昂貴的機床，并且這些機床必須有良好的主軸、控制器單元和夾具，具有動平衡的刀柄，最重要的是要有先進的刀具材料和涂層材料。
高速切削加工的關鍵技術：
1.高速切削對機床的要求
機床是實現(xiàn)高速切削的首要條件和關鍵因素。高速切削要求機床具有高主軸轉速、高動態(tài)的進給驅動，大的功率，主軸和床身良好的剛性，優(yōu)良的吸振特性和隔熱性能，快速的CNC控制性能，可靠的安全防護等等。
(1)主軸要有高轉速、大功率和大扭矩
高速主軸是高速切削機床的最核心部件，高速切削機床不但要求主軸轉速高，而且要求傳遞的扭矩和功率也要大，并且在高速運轉中還要保持良好的動態(tài)和熱態(tài)特性。
(2)進給速度高，以保證刀具每齒進給量基本不變
高速切削時要求甚高的進給速度，珠絲杠驅動已不能滿足要求。現(xiàn)在多數(shù)高速切削機床采用直線電機驅動導軌，進給速度由過去的6m/min提高到80-120m/min。
(3)進給系統(tǒng)要有很大的加速度
在切削加工過程中，機床進給系統(tǒng)的工作行程一般只有幾十毫米至幾百毫米。在這樣短的行程中要實現(xiàn)穩(wěn)定的高速切削，除了進給速度要高外，進給系統(tǒng)必須有很大的加速度，以盡量縮短啟動-變速-停車的過渡過程，實現(xiàn)平穩(wěn)切削。這是高速切削對機床結構設計的新要求，也是機床設計理論的新發(fā)展。
(4)對高速切削機床的結構要求高
高速切削機床的結構都應有很高的靜、動剛度和優(yōu)良的力學性能。

2.高速切削對刀具的要求
(1)使用優(yōu)質(zhì)刀具材料
高速切削刀具材料除應滿足硬度、耐磨性、強度、韌性、工藝性和經(jīng)濟性的要求外，還應具備高的耐熱性、高的抗熱沖擊性、良好的高溫力學性能及高的可靠性。目前適用于高速切削的刀具主要有：涂層刀具、金屬陶瓷刀具、陶瓷刀具、立方氯化硼(CBN)刀具及聚晶金剛石(PCD)刀具、性能優(yōu)異的高速鋼和硬質(zhì)合金復雜刀具等。
(2)刀柄結構
高速切削的刀具在高轉速下工作，原來的7:24錐柄接觸不可靠，錐面很難良好接觸。高速切削的刀具常采用短錐柄，定位錐面和端面同時接觸，以獲得很高的接觸剛度和精度。
(3)能快速換刀
高速切削的刀柄結構必須能保證快速換刀，快速換刀時間一般僅為數(shù)秒鐘。
(4)刀具使用前的處理
高速切削的刀具使用前必須經(jīng)過精密動平衡，以免工作時發(fā)生振動。
3.高速切削對工藝的要求
高速切削的工藝技術是進行高速切削加工的關鍵。切削方法選擇不當，會使刀具加劇磨損，完全達不到高速加工的目的。為了促進高速切削加工技術的發(fā)展，必須對高速切削加工的工藝性與經(jīng)濟性問題進行深入探討。高速切削加工工藝關鍵技術主要包括切削方法和切削參數(shù)選擇、優(yōu)化。
(1)切削方式的選擇
在高速切削加工中，應盡量選用順銑加工，因為在順銑時，刀具剛切入工件產(chǎn)生的切屑厚度為最大，隨后逐漸減小。相反在逆銑時，刀具剛切入工件產(chǎn)生的切屑厚度為最小，隨后逐漸增厚，這樣增加了刀具與工件的摩擦，在刀刃上產(chǎn)生大量熱，所以在逆銑中產(chǎn)生的熱量比順銑多很多，徑向力也大大增加。同時在順銑中，刀刃主要受壓應力，而在逆銑中刀刃受拉應力，受力狀態(tài)較惡劣，降低了刀具的使用壽命。
(2)保持恒定的金屬去除率
高速切削加工適于淺的切深，切削深度不應超過0.2/0.2mm(ac/ap)，金屬去除率保持恒定，使加在工件上的切削載荷恒定，同時恒定的切削負載、切屑尺寸，可延長刀具的壽命、保證較好的加工質(zhì)量等。
(3)走刀方式的選擇
對于帶有敞口型腔的區(qū)域，盡量從材料的外面走刀，以實時分析材料的切削狀況。而對于沒有型腔的封閉區(qū)域，采用螺旋進刀方式，在局部區(qū)域切入。盡量減少刀具的急速換向，高速切削加工主要選擇回路或單一路徑切削。
(4)在Ｚ方向切削連續(xù)的平面
傳統(tǒng)加工型腔的方法是使用靠模銑削，這種加工方式增加了刀具切入、切出工件的次數(shù)，影響了工件的表面質(zhì)量，限制了機床和刀具強大功能的發(fā)揮。在高速切削加工中，常采用Ｚ方向切削連續(xù)的平面。采用比常規(guī)小的步距，從而降低每齒切削去除量，改善加工表面的質(zhì)量，縮短了加工時間。
高速切削加工技術可顯著提高加工效率和刀具壽命，且能得到很好的加工質(zhì)量，是現(xiàn)代制造技術中具有戰(zhàn)略性的重要技術。隨著高速加工應用范圍的擴大，對新型刀具材料的研究、刀具結構的改進、數(shù)控刀具路徑新策略的產(chǎn)生和切削條件的改善也有所提高。而且，切削過程的計算機輔助摸擬也出現(xiàn)了，這項技術對預測刀具溫度和應力，延長刀具使用壽命很有意義。很顯然，隨著各項新技術的不斷成熟和綜合運用，以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征的高速切削加工技術的應用已經(jīng)越來越廣泛，并且取得了重大的技術經(jīng)濟效益，是當代先進制造技術的重要組成部分。