高速加工及其刀具選用實踐

包中碧 馬 睿

（重慶工業職業技術學院，重慶 渝北 401120）

高速加工技術（HSM）是指采用非常規方法和制造裝備對各種尺寸的零件從粗加工到精加工、超精加工時的一種高生產效率加工。高速加工設備的主軸轉速不一定非常高，在某些加工領域，用大直徑刀具、中等轉速就能實現高速加工。CAD/CAM/ CAE高端編程技術，平面銑削、型腔銑削、多軸曲面銑削的應用，同時在各工序間保證切削去除量恒定，采用跟隨部件、跟隨周邊的走刀方式和采用高速刀柄是實現高速加工的必要條件。在對淬硬鋼進行精加工時，切削參數通常比普通加工高出4～6倍，如通過一次裝夾加工就獲得合格零件，采用高速加工技術是一種合理的選擇。

1 高速加工的特點

切削速度高，由于切削線速度Vc=πDn/1000，切削線速度Vc與轉速n（銑床指銑刀的轉速，車床指工件的轉速）有關，也與直徑D（銑床指銑刀直徑，車床指工件直徑）有關；而進給速度vf=n×z×fz，n指主軸轉速，z指齒數，fz指每齒進給量，切削線速度和進給速度之間的線性關系導致了“進給速度與轉速成正比”的關系。如果各個刀齒的進給速度以及刀齒的數量不變，選用較小的刀具直徑進行加工，則進給速度會更高，為了對刀具直徑較小作出補償，必須提高轉速，以維持相同的切削速度，而轉速提高導致了進給速度vf較高。

切深較淺，對于高速加工應用來說，步距和最大切削深度ap以及每層下刀深度hm與常規機械加工相比要小。因此一般情況下材料去除率Q比較小。但在鋁材和其他非鐵材料的特形銑削加工中，材料去除率Q會很大。

2 高速加工是制造業發展的必然趨勢

市場競爭日益激烈，商家對時間和成本效益的要求變得越來越高，對零部件或產品質量提出較高要求，迫使研發機構開發新的加工手段和生產技術，高速加工提供了解決時間和成本效益的途徑。

新型材料與復合難加工材料的應用更加突出新的加工手段、加工方法的必要性，航空與航天工業采用特殊耐熱和不銹鋼合金材料，汽車工業采用大量雙金屬復合材料、石墨鑄鐵以及鋁合金，模具企業面臨50HRC以上高度淬火的工具鋼加工，對高速加工提出需求。

在當今的競爭中，汽車產品的平均使用壽命周期為6年，計算機及其配件為1年，手機產品為6個月，結構以及產品方面的升級換代需要高速加工技術的支持；在加工工藝上，采用高速加工，減少裝夾次數和簡化流程從而縮短加工時間，甚至免除成本高昂而費時的電火花加工(EDM)過程。

在零部件方面，多功能表面越來越多，蝸輪葉片，薄壁工件(醫療設備、電子元件、國防產品和計算機零配件等)結構具有優化功能和特殊用途，以前采用手工或機器人進行拋光處理，現代技術采用高速加工方式進行拋光。隨著機床設備、工裝夾具、控制器等方面的增強，特別是CAD/CAM/CAE高端編程技術，平面銑削、型腔銑削、多軸曲面銑削的應用，同時在各工序間保證切削去除量恒定，提供了高生產率和過程安全性的準則，滿足高速加工的應用條件。

3 高速加工刀具的選用

在模具制造行業，高速加工技術適合粗加工和精加工，合適的工件加工尺寸為500mm×500mm×200mm(長、寬、高)，最大尺寸與高速加工中相對較小的材料去除率有關，也與機床的剛性以及工作臺尺寸、行程有關。模具的型腔建議比較淺，并且不要太復雜，編程時銑刀刀路路徑設置為往復與順銑相結合。在一次裝夾加工過程中，模具尺寸都比較小，典型工序安排是粗加工、半精加工、精加工以及超精加工，需要對工件進行拐角和陡峭邊銑削加工，以便為后面的清根加工預留恒定切屑去除率。

常用的清根刀具直徑范圍為1～2mm，在大多數情況下采用具有較大拐角半徑的整體硬質合金立銑刀或球頭立銑刀，整體硬質合金刀具具有加強的切削刃和負傾角，保證刀具最大的粘接韌性；采用切削刃接觸長度較短的球頭立銑刀，保證挖槽能力，在沿陡峭邊而具有較小的間隙壁部進行加工時效果明顯。對粗加工和半精加工，采用尺寸較小的、具有可轉位刀片的切削刀具，具有最大的刀柄穩定性和抗彎曲韌性，同時采用高速錐度刀柄提高刀具剛度。

在采用高速加工方式對淬硬工具鋼進行精加工或超精加工時，切痕要較淺，切深不要超出0.2mm，避免過大的夾緊力和切削力使得刀具變形，保證在模具加工過程中工件表面具備較高的公差等級和幾何精度，刀具每刃均勻分布的切屑去除率還可以保證恒定而比較高的生產率，當ae/ap恒定時，切削速度和進給速度將處于恒定水平，在切削刃上將存在較小的機械變化和工作負荷，從而提高刀具壽命。

4 結論

隨著制造業的發展高速加工技術為新材料和難加工材料的應用、用戶對零部件或產品質量的高要求、新產品更替、裝備進步，提供了希望和解決途徑，從而帶動整個生產力提高。

[1]論高速切削加工技術的應用 [J].先進制造技術，2013（04）：26.

[2]高速切削加工技術及刀具選擇[J].數字裝備技術，2013（08）：13.