高速加工及其刀具選用實(shí)踐

包中碧 馬 睿

（重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 渝北 401120）

高速加工技術(shù)（HSM）是指采用非常規(guī)方法和制造裝備對(duì)各種尺寸的零件從粗加工到精加工、超精加工時(shí)的一種高生產(chǎn)效率加工。高速加工設(shè)備的主軸轉(zhuǎn)速不一定非常高，在某些加工領(lǐng)域，用大直徑刀具、中等轉(zhuǎn)速就能實(shí)現(xiàn)高速加工。CAD/CAM/ CAE高端編程技術(shù)，平面銑削、型腔銑削、多軸曲面銑削的應(yīng)用，同時(shí)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(shí)現(xiàn)高速加工的必要條件。在對(duì)淬硬鋼進(jìn)行精加工時(shí)，切削參數(shù)通常比普通加工高出4～6倍，如通過(guò)一次裝夾加工就獲得合格零件，采用高速加工技術(shù)是一種合理的選擇。

1 高速加工的特點(diǎn)

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

切深較淺，對(duì)于高速加工應(yīng)用來(lái)說(shuō)，步距和最大切削深度ap以及每層下刀深度hm與常規(guī)機(jī)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(huì)很大。

2 高速加工是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，商家對(duì)時(shí)間和成本效益的要求變得越來(lái)越高，對(duì)零部件或產(chǎn)品質(zhì)量提出較高要求，迫使研發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)新的加工手段和生產(chǎn)技術(shù)，高速加工提供了解決時(shí)間和成本效益的途徑。

新型材料與復(fù)合難加工材料的應(yīng)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(yè)采用特殊耐熱和不銹鋼合金材料，汽車工業(yè)采用大量雙金屬?gòu)?fù)合材料、石墨鑄鐵以及鋁合金，模具企業(yè)面臨50HRC以上高度淬火的工具鋼加工，對(duì)高速加工提出需求。

在當(dāng)今的競(jìng)爭(zhēng)中，汽車產(chǎn)品的平均使用壽命周期為6年，計(jì)算機(jī)及其配件為1年，手機(jī)產(chǎn)品為6個(gè)月，結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品方面的升級(jí)換代需要高速加工技術(shù)的支持；在加工工藝上，采用高速加工，減少裝夾次數(shù)和簡(jiǎn)化流程從而縮短加工時(shí)間，甚至免除成本高昂而費(fèi)時(shí)的電火花加工(EDM)過(guò)程。

在零部件方面，多功能表面越來(lái)越多，蝸輪葉片，薄壁工件(醫(yī)療設(shè)備、電子元件、國(guó)防產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)零配件等)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)化功能和特殊用途，以前采用手工或機(jī)器人進(jìn)行拋光處理，現(xiàn)代技術(shù)采用高速加工方式進(jìn)行拋光。隨著機(jī)床設(shè)備、工裝夾具、控制器等方面的增強(qiáng)，特別是CAD/CAM/CAE高端編程技術(shù)，平面銑削、型腔銑削、多軸曲面銑削的應(yīng)用，同時(shí)在各工序間保證切削去除量恒定，提供了高生產(chǎn)率和過(guò)程安全性的準(zhǔn)則，滿足高速加工的應(yīng)用條件。

3 高速加工刀具的選用

在模具制造行業(yè)，高速加工技術(shù)適合粗加工和精加工，合適的工件加工尺寸為500mm×500mm×200mm(長(zhǎng)、寬、高)，最大尺寸與高速加工中相對(duì)較小的材料去除率有關(guān)，也與機(jī)床的剛性以及工作臺(tái)尺寸、行程有關(guān)。模具的型腔建議比較淺，并且不要太復(fù)雜，編程時(shí)銑刀刀路路徑設(shè)置為往復(fù)與順銑相結(jié)合。在一次裝夾加工過(guò)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(duì)工件進(jìn)行拐角和陡峭邊銑削加工，以便為后面的清根加工預(yù)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(shù)情況下采用具有較大拐角半徑的整體硬質(zhì)合金立銑刀或球頭立銑刀，整體硬質(zhì)合金刀具具有加強(qiáng)的切削刃和負(fù)傾角，保證刀具最大的粘接韌性；采用切削刃接觸長(zhǎng)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(jìn)行加工時(shí)效果明顯。對(duì)粗加工和半精加工，采用尺寸較小的、具有可轉(zhuǎn)位刀片的切削刀具，具有最大的刀柄穩(wěn)定性和抗彎曲韌性，同時(shí)采用高速錐度刀柄提高刀具剛度。

在采用高速加工方式對(duì)淬硬工具鋼進(jìn)行精加工或超精加工時(shí)，切痕要較淺，切深不要超出0.2mm，避免過(guò)大的夾緊力和切削力使得刀具變形，保證在模具加工過(guò)程中工件表面具備較高的公差等級(jí)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(chǎn)率，當(dāng)ae/ap恒定時(shí)，切削速度和進(jìn)給速度將處于恒定水平，在切削刃上將存在較小的機(jī)械變化和工作負(fù)荷，從而提高刀具壽命。

4 結(jié)論

隨著制造業(yè)的發(fā)展高速加工技術(shù)為新材料和難加工材料的應(yīng)用、用戶對(duì)零部件或產(chǎn)品質(zhì)量的高要求、新產(chǎn)品更替、裝備進(jìn)步，提供了希望和解決途徑，從而帶動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)力提高。

[1]論高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用 [J].先進(jìn)制造技術(shù)，2013（04）：26.

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