高速切削刀具在數控加工中的應用

河南職業技術學院 淡書橋

前言

在如今的機械制造領域，各種耐沖擊的材料應用越來越廣泛，比如新型陶瓷材料、復合材料、非金屬材料，這些材料的應用也提高了對切削加工的要求，普通切削刀具已經很難適應目前的生產要求。而高切削速度、高加工精度、高進給速度和優良的加工表面質量的高速切削加工，逐漸適應了我國日益增長的生產加工需要，逐漸成為主流，使我國的材料加工工業有了飛躍式的發展。

1 高速切削工具概述

1.1 高速切削工具的定義

在具體的工作操作中，數控機械高速切削加工技術中的“高速”通常是指機床的主軸旋轉的速度和進給的速度。在進行機械設備切削制作時，切割速度比平時使用的切削加工的速度高出很多倍，所以人們常常將此技術叫作超高速切削。

1.2 高速切削的優點

高速切削加工之所以能夠成為機械制造材料加工領域的熱點，主要因為和傳統切削相比，其優勢十分明顯。第一，進給速度大幅度提高。高速切削的切削速度非常快，能夠將常規加工時間縮減至少一半，能夠極大地提高生產效率；第二，高速切削加工的加工精度高，對于剛性較差、易熱變形的零件，有很好的效果。因為高速切削加工時，在切削速度達到某一值的情況下，單位切削力會減少至少30%，有利于降低對工件表面的損傷，較大地減少工件表面的粗糙程度，使工件具有良好的物理和機械性能；第三，能夠降低刀具易磨損的缺點，延長刀具的使用壽命；第四，對耐沖擊材料，能夠進行高效的切削加工；第五，提升切削加工速度和精密度，能夠有效降低切削加工的成本[1]。

2 高速切削技術的應用

2.1 高速切削技術的應用現狀

在加工制造業中，因為高速切削加工能夠有效地提高生產效率、產品質量以及工件加工精度，所以得到了行業的高度重視。當下市場對于零件加工的效率要求和費用花費控制愈來愈嚴格，高速切削加工技術能夠很好地滿足這一要求。目前數控機床的高速切削加工方法已經廣泛應用于各種制造業，例如航空航天、電子輕工、模型模具生產、汽車制造等，而且獲得了非常好的經濟效益以及社會效益。也因此，數控機床的高速度切削加工技術和NC被同時稱作20世紀的兩次加工業革命。從20世紀90年代開始，世界上就已經開始掀起了數控機床高速切削加工的風潮。

2.2 不同材料對刀具選用的要求

就目前的高速切削刀具市場來看，常用的刀具材料有聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、基硬質合金、超細晶粒硬質合金等。每一種刀具材料適用的工件材料和切削速度范圍都不相同[2]。

2.2.1 有色金屬及其合金

工件材料為有色金屬及其合金時，材料的機械強度很高，對于這種材質的工件，可以選用聚晶金剛刀具、涂層刀具等，用很高的切削速度和進給速度進行加工，要避免選用基陶瓷刀具。

2.2.2 鑄鐵和鋼

工件材料為鑄鐵和鋼時，若切削速度低于500m/min，刀具材料應選擇涂層硬質合金刀具等，若切削速度高于500m/min，低于 1000m/min，刀具材料應選擇陶瓷或者聚晶立方氮化硼刀具，若切削速度高于1000m/min，刀具材料最好選擇聚晶立方氮化硼刀具。

2.2.3 鎳基合金

若工件材料為鎳基合金，則為典型的難加工材料，因為鎳基合金具有高抗剪強度，高溫強度，熱擴散系數較低。遇到這類材質的工件，應選用具有較高聚晶立方氮化硼含量的刀具，或晶須增韌陶瓷刀具。

2.3 刀具結構的改進

高速切削刀具結構設計時應充分考慮動平衡的需求，因此刀具結構應做以下幾點改善：一，盡量避免應力集中，選擇回轉軸結構的刀體設計，刀具前角要小于常規切削刀具的前角，后角相對大一些；二，主、副切削刃接觸部位必須要車修圓；三，適當加大刀尖位置處的切削刀長度，加厚刀具材料，便于增強刀具剛性；四，刀柄要粗于刀臂，與刀具連接處為倒錐狀；五，刀具懸伸不要過長，在中央設置冷卻液孔，提高抗高溫性能。

3 結語

高速切削技術目前已經成為主流，為國家的材料加工工業帶來了難以想象的巨大經濟效益。而刀具材料的選擇，對于高速切削技術的發展，起了基礎性的作用。為發揮高速切削技術的優勢，應結合工件的材料選擇對應的刀具材料，才能保證高速切削刀具使用性能良好，以完成高速、高質、高精的加工工件。