多軸高速切削加工技術(shù)教學(xué)淺析

李朔

摘 要：多軸高速切削加工技術(shù)隨著機(jī)械自動控制的發(fā)展，簡化復(fù)雜零件的加工難度，并且縮短了產(chǎn)品加工周期，提高了零件表面的加工質(zhì)量正在得到越來越為廣泛的應(yīng)用。從前較為落后的機(jī)械加工工藝手段就幾乎不可能實(shí)現(xiàn)高速高精度加工，而采用高速切削工藝裝備和多軸加工機(jī)床精加工時使用球銑刀可以使切削出鏡面效果變得容易。

關(guān)鍵詞：高速 切削 加工技術(shù)

中圖分類號：TG501 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0082-02

1 多軸高速切削加工設(shè)備及刀具

1.1 多軸高速切削加工設(shè)備

在教學(xué)中所介紹的多軸數(shù)控加工是大于3軸以上的數(shù)控加工設(shè)備，多軸機(jī)床有4軸聯(lián)動和5軸聯(lián)動數(shù)控加工中心。多軸數(shù)控加工中心即直線坐標(biāo)軸X、Y、Z，還有控制工作臺傾斜角度的A、B 軸和控制主軸回轉(zhuǎn)角度的C 軸。多軸數(shù)控加工中心即同時控制3個以上坐標(biāo)聯(lián)動，還包括數(shù)控銑削、鏜削、鉆削等功能組合，工件一次裝夾即可完成各加工面的銑、鏜、鉆等多工序加工，避免了由于多次裝夾的重復(fù)定位誤差，提高工件表面精度縮短加工時間。常用的多軸高速加工設(shè)備有高速機(jī)床有瑞士Mikron公司VCP710、主軸轉(zhuǎn)速42 000 r/min，進(jìn)給速度30 m/min，功率14 kW，主軸轉(zhuǎn)速60 000 r/min，進(jìn)給速度60 m/min，功率80 kW，德國Roders公司RFM1000主軸轉(zhuǎn)速42 000 r/min，進(jìn)給速度30 m/min，功率30 kW等。

多軸高速切削加工其切削速度比是普通數(shù)控加工的5～10倍，材料的去除率比普通數(shù)控加工高3～5倍。鋁合金高速切削1 100 m/min以上，鑄鐵高速700 m/min，鋼材高速切削380 m/min以上，高速鉆削200～1 200 m/min，高速磨削150～360 m/min。

1.2 多軸高速切削加工的刀具系統(tǒng)

1.2.1多軸高速切削加工的刀柄系統(tǒng)

主軸帶動刀柄、刀具在高速切削旋轉(zhuǎn)下，較小的偏心會產(chǎn)生較大離心力，從而產(chǎn)生振動，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、主軸和刀具的使用壽命。常見的普通BT刀柄系統(tǒng)難以滿足高速切削時的切削剛度和精度要求。常用的高速切削加工刀柄系統(tǒng)，德國HSK刀柄、美國KM刀柄、日本NC5刀柄都是主軸孔都是1∶10錐度，定位方式都是主軸錐孔和刀柄端面，采用這幾種刀柄系統(tǒng)可以提高主軸剛度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且轉(zhuǎn)速越高其鎖緊力越大。但這種刀柄價格較貴，一般為常規(guī)刀柄的1.5～2.0倍主軸轉(zhuǎn)速至少要達(dá)到8 000 r/min以上。其進(jìn)給速度至少大于20 m/min。40柄以及HSK刀柄20 000～40 000 r/min，KM刀柄達(dá)到35 000 r/min以上。瑞典Sandvik 的CAPTO刀柄，主軸采用1/20三棱圓錐，定位方式為錐面與端面同時接觸定位，三棱圓錐的表面大，使刀柄表面壓力低、不易變形、磨損小，因而精度保持性好，三棱圓錐孔加工困難，加工成本高，與現(xiàn)有刀柄不兼容，配合會自鎖。

1.2.2多軸高速切削加工刀具

刀具切削時刀具材料要滿足硬度和耐磨性、強(qiáng)度和韌性、耐熱性等基本條件，還特別要求刀具材料具備高的耐熱性、熱沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能以及高的可靠性才能保證刀具壽命加工效率、加工質(zhì)量和加工成本。對于高速銑削對刀具刀柄要求較高，常用的刀具材料金屬陶瓷、涂層硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金、立方氮化硼（PCBN），聚晶金剛石（PCD）等，高速切削刀具材料種類和各適應(yīng)場合，如用細(xì)晶粒的K類硬質(zhì)合金進(jìn)行鑄鐵粗加工，復(fù)合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）復(fù)合刀具進(jìn)行鑄鐵的精加工。用聚晶金剛石PCD或CVD金剛石涂層刀具加工精密加工有色金屬或非金屬材料。高速銑削時根據(jù)不同的材料選擇合適的高速銑削刀柄和刀具材料，鑲刀片的整體刀柄在鋁合金高速銑削優(yōu)先選用。常用刀具材料如表1。

2 多軸高速切削加工的特點(diǎn)刀具軌跡實(shí)現(xiàn)方法

采用多軸高速切削加工時應(yīng)注意：采用基準(zhǔn)重合，提高加工精度。多軸高速數(shù)控切削加工的工序集中工件在整個加工過程中一次裝夾，保證加工精度，提高了加工效率；裝備合并減少裝夾次數(shù)。多軸高速數(shù)控加工中心的單由于生產(chǎn)過程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，工裝夾具數(shù)量減少、車間占地面積和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也隨之減少，大型國企忽視設(shè)備昂貴的影響；新產(chǎn)品研發(fā)周期短。對于機(jī)械制造行業(yè)新產(chǎn)品零件及成型模具形狀很復(fù)雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力很好地解決新產(chǎn)品研發(fā)過程中復(fù)雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發(fā)周期和提高新產(chǎn)品的成功率。

多軸高速切削加工除了特殊的工藝要求外，還使用CAM編程軟件計算刀路加工軌跡。CAM編程軟件高速加工中的編程系統(tǒng)功能可以實(shí)現(xiàn)高速度計算、功能全面的插補(bǔ)輪廓、全程自動刀路過切檢查處理能力、加工中心自動刀柄、刀具與夾具干涉檢查、優(yōu)化進(jìn)給速度功能、優(yōu)化刀具加工軌跡編輯功能、加工余量分析功能等?，F(xiàn)在國內(nèi)外較常用的多軸高速加工編程的有美國EDS公司UG NX、英國DelCAM公司PowerMill、以色列Cimatron軟件都具有CAM功能。為了加工出質(zhì)量過關(guān)復(fù)雜零件，使用多軸高速切削加工已成為機(jī)械加工行業(yè)的加工趨勢。

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