高速銑削加工的關(guān)鍵技術(shù)

王偉

（日照市技師學(xué)院 山東日照 276800）

高速銑削加工的關(guān)鍵技術(shù)

王偉

（日照市技師學(xué)院 山東日照 276800）

高速切削在現(xiàn)代制造業(yè)中應(yīng)用及其應(yīng)具備的高速切削機(jī)床、高速切削刀具和工藝

數(shù)控 高速銑削 現(xiàn)代制造業(yè) 應(yīng)用

數(shù)控高速切削制造技術(shù)促進(jìn)了機(jī)械冷加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，革新了產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念，如通過采用整體件加工取代零部件的分項(xiàng)制造裝配，提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品制造周期。高速切削加速了汽車、模具、航空、航天、光學(xué)、精密機(jī)械等產(chǎn)品的更新?lián)Q代，加速了制造技術(shù)與裝備的升級，推動了企業(yè)技術(shù)進(jìn)步。

一般情況下，高速切削其切削速度比常規(guī)速度高出5～10倍，其材料的去除率是常規(guī)切削的3～5倍以上。對于鋁合金銑削可達(dá)到1100m/min以上，鑄鐵可到700m/min，鋼材可到380m/min以上，鉆削200～1200m/min，磨削150～360m/min。高速加工（HSM）通常指的是在合理的速度和較高的表面進(jìn)給速度下進(jìn)行的立銑加工。

一、實(shí)施高速銑削的必要技術(shù)條件

高速機(jī)床、高速刀具、高速切削工藝及其相應(yīng)的軟件等是實(shí)現(xiàn)高速切削的前提和重要條件，在高速切削加工中對高速機(jī)床的性能、刀具材料和工藝的選擇都是有嚴(yán)格的要求。

1.高速切削機(jī)床

為了實(shí)現(xiàn)高速切削加工，一般采用高柔性的高速數(shù)控機(jī)床、加工中心，也有采用高速銑床和鉆床等。這些機(jī)床都具有高穩(wěn)性的機(jī)床支撐部件、高速主軸系統(tǒng)、高的主軸剛度特性、高精度定位功能和高精度插補(bǔ)功能、特別是圓弧高精度插補(bǔ)功能、高精度快速進(jìn)給系統(tǒng)、高效的冷卻系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)、高精度、高速度的傳感檢測技術(shù)（包括位置檢測、刀具狀態(tài)檢測、工件狀態(tài)檢測和機(jī)床工況監(jiān)測等技術(shù)）。

2.高速銑削刀具

高速切削刀具與普通加工刀具的材料有很大不同。高速切削刀具應(yīng)具有良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，即具有良好的耐磨損、抗沖擊和抗熱疲勞的特性。其采用的刀具材料主要是硬質(zhì)合金，并且普通采用刀具涂層技術(shù)，涂層材料為氮化鈦（TiN）、氮化鋁鈦（TiALN）等。涂層技術(shù)由單一涂層發(fā)展為多層、多種涂層材料的涂層。這一技術(shù)已成為提高高速切削能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對加工的工件材料的不同還可采用聚晶金剛石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）和陶瓷等刀具材料。

由于高速銑削對刀具刀柄要求較高，在購置高速刀具時盡量購置經(jīng)過動平衡測試的刀具，常用的硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、立方氮化硼（PCBN），聚晶金剛石（PCD）在經(jīng)過長時間磨損后，可應(yīng)用于普通數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。另外一個方面由于高速切削的安全性，在進(jìn)行工件加工時一定要注意加工防護(hù)，如40mm直徑刀具，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到30000r/min，其射出的速度可達(dá)到63m/s的速度，接近于230km/h的汽車速度，切削過程中如出現(xiàn)斷刀摔出，勢必有較大的沖擊動量。同時對沒有把握的刀具刀柄一定要經(jīng)過高速動平衡儀測試出真實(shí)數(shù)據(jù)，方可進(jìn)行產(chǎn)品加工。

高速切削鋼材時，刀具材料應(yīng)選用熱硬性和疲勞強(qiáng)度高的P類硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、立方氮化硼（CBN）與CBN復(fù)合刀具材料（WBN）等。切削鑄鐵，應(yīng)選用細(xì)晶粒的K類硬質(zhì)合金進(jìn)行粗加工，選用復(fù)合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）復(fù)合刀具進(jìn)行精加工。精密加工有色金屬或非金屬材料時，應(yīng)選用聚晶金剛石PCD或CVD金剛石涂層刀具。高速銑削時應(yīng)針對相應(yīng)的材料選擇合適的刀柄和刀具材料，鋁合金高速銑削時可優(yōu)先選用采用鑲刀片的整體刀柄。

3.高速銑削工藝

合理的切削工藝也是進(jìn)行高速切削加工的關(guān)鍵。切削參數(shù)和切削方法選擇不當(dāng)，會使刀具加劇磨損，完全達(dá)不到高速切削的目的。實(shí)踐證明，如果只有高速機(jī)床和刀具而沒有合理的工藝技術(shù)作向?qū)В嘿F的高速切削加工設(shè)備也不能充分發(fā)揮作用。高速切削工藝的關(guān)鍵技術(shù)是優(yōu)化選擇切削參數(shù)和切削方法。

在采用高速加工方式對淬硬工具鋼進(jìn)行精加工或超精加工時，要遵循的主要參數(shù)是切痕要較淺。切深不得超出0.2/0.2mm（ae/ap）。這樣做是為了避免過高的夾具和切削刀具變形，并保證在模具加工中較高的公差水準(zhǔn)和幾何精度。每把刀具均勻分布的切屑去除率還可以保證恒定而比較高的生產(chǎn)率。當(dāng)ae/ap恒定時，切削速度和進(jìn)給速度將處于恒定的比較高的水準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)是在切削刃上將存在較小的機(jī)械變化和工作負(fù)荷，還可以提高刀具壽命。

二、高速銑削在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用

我們根據(jù)所羅門原理進(jìn)行高速切削實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)所得的相關(guān)工藝參數(shù)應(yīng)用到現(xiàn)代制造業(yè)中去，縮短了制造周期，降低成本，提高競爭能力。現(xiàn)把從實(shí)踐生產(chǎn)中獲得的資料加以歸納終結(jié)如下。

1.高速切削時的切削力小

利用力的傳感器測得高速切削時的切削力小，有較好的穩(wěn)定性，可高質(zhì)量地加工出薄壁零件，有利于加工工件中的薄壁形狀。采用分層順銑的加工方法，可高速切削出薄壁厚0.8mm，壁高20mm的薄壁筋板。此時，刀刃和工件的接融時間非常短，避免了側(cè)壁的變形。

2.高速切削時刀具和工件處于低溫度狀態(tài)

在這狀態(tài)下延長了刀具的壽命，提高了工件精度和加工效率。因?yàn)楦咚偾邢骷庸な菧\切削，同時進(jìn)給速度很快，刀刃和工件的接觸長度和接觸時間非常短，減少了刀刃和工件的熱向?qū)В苊饬藗鹘y(tǒng)加工時在刀具和工件接觸處產(chǎn)生大量熱的缺點(diǎn)，保證刀具在溫度不高的條件下工作，延長了刀具的使用壽命。

3.高速銑削減少振動，提高加工精度和表面質(zhì)量

高速機(jī)床具備了高剛性和高精度等性能，機(jī)床激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因而工藝系統(tǒng)振動很小，由于切削力低，工件熱變形減少，刀具變形小，提高了高速切削的加工精度。切削深度較小，而進(jìn)給速度較快，加工表面粗糙度值很小，切削鋁合金時可達(dá)Ra0.4-0.6，切削鋼件時可達(dá)Ra0.2-0.4。

4.生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)“一次清”加工

高速銑削中主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度高，可提高材料去除率。同時，高速切削可加工淬硬鋼，剛硬度可達(dá)62HRC左右。許多零件一次裝夾可完成粗、半精和精加工等全部工序，對復(fù)雜型面加工可以直接達(dá)到零件表面質(zhì)量要求，因此，高速切削工藝往往可省去電火花加工、手工修磨等工序，縮短工藝路線，提高工件的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和制造周期，大大提高加工生產(chǎn)率。

高速銑削在現(xiàn)代工件制造中的應(yīng)用可簡化工序、提高質(zhì)量和刀具壽命、提高效率。同時機(jī)床和刀具投資以及維護(hù)等費(fèi)用有所增加，因此高速切削要與相應(yīng)的工藝技術(shù)緊密結(jié)合起來，才能可靠地實(shí)現(xiàn)高效率、高精度，使綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

［1］徐長壽，現(xiàn)代摸具制造［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］劉航.模具制造技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2006.

［3］甄瑞麟.模具制造工藝學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社.2005.