模具高速切削技术（精选9篇）
模具高速切削技术 篇1
1 模具加工的特点
精度高, 模具不仅要有很高的加工精度, 同时也要有很好的加工质量。一般地, 公差范围应控制在微米级。只有高精度的模具才能保证产品达到一定的精度, 保证产品的合格率, 才有可能延长模具的使用。使用寿命长, 模具属于比较昂贵的工艺装备, 其加工费用约占成本的100/0~30%, 所以要求模具的寿命长更有意义。
制造周期短, 这主要是为了满足生产的要求和产品的市场竞争能力。成本低, 模具的成本与模具结构的复杂程度、模具材料、制造精度要求及加工方法等有关。所以要合理设计和制定加工工艺, 选用恰当的加工设备, 保证低的加工成本。
模具形状复杂, 模具的工作部分一般都是二维或者三维复杂曲面, 而不是简单的平面。比如汽车覆盖件模具, 其内腔大部分都是由曲面组成。所用的材料硬度高, 一般模具都是由淬火工具钢或硬质合金制成, 运用传统的加工方法加工较为困难。目前在模具加工制造过程中, 主要以普通机加工和电火花加工为主。要缩短制造周期并降低成本, 必须广泛采用先进切削加工技术加工模具。而作为先进制造技术的高速切削技术的出现, 正是满足了模具加工这些要求和特点。
2 高速切削机床技术
性能良好的高速切削机床是实现高速切削的前提和关键, 而具有高精度的高速主轴和控制精度高的高速进给系统, 则是高速切削机床技术的关键所在。
2.1 高速主轴
高速主轴是高速切削机床的核心部件, 在很大程度上决定着高速切削机床所能达到的切削速度加工精度和应用范围。目前, 适于高速切削的加工中心其主轴最高转速一般都大于10, 000r/min, 有的高达60, 000-100, 000r/min, 为普通机床的10倍左右;主电动机功率15~80kW, 以满足高速车削、高速铣削之要求。随着电气传动技术 (变频调速技术、电动机矢量控制技术等) 的快速发展, 高速数控机床主传动的机械结构得到极大简化, 取消了齿轮传动和带传动, 实现了机床的“零传动”, 采用机床主轴与主轴电机一体化的传动结构形式, 即所谓的电主轴。轴承是决定主轴寿命和负荷的关键部件。电主轴采用的轴承主要有滚动轴承、流体静压轴承和磁悬浮轴承。滚动轴承因其具有刚度高、高速性能好结构简洁、标准化程度高和价格适中等优点, 在电主轴中得到最广泛应用。滚动轴承在高速回转时润滑极为重要, 目前, 电主轴主要采用两种润滑方式:油脂润滑和油一气润滑。目前, 生产磁悬浮轴承电主轴的厂家有德国GMN公司、瑞士IBAG公司及中国洛阳轴承研究所等。
2.2 高速进给系统
控制精度高的高速进给系统也是实现高速切削的关键技术之一。传统的滚珠丝杠副传动系统对高速进给系统表现出不适应性, 必须对其技术改进和技术创新, 才能适应高速切削之要求。高速滚珠丝杠副传动系统的加速度范围为0.5-1.0g, 行程范围≤6m, 用于低档高速数控机床;高速进给系统采用直线电机进给驱动系统后, 其加速度可高达2~10g, 行程范围不受限制, 用于高档高速数控机床和高速加工中心。
3 高速切削刀具技术
刀具技术是实现高速切削的重要保证。正确选择刀具材料和设计刀具系统对于提高加工质量、延长刀具寿命和降低加工成本都起着重要作用。
3.1 高速切削刀具材料
高速切削要求刀具材料具有如下性能:高硬度、高强度和耐磨性;高韧度、良好的耐热冲击性;高热硬性、良好的化学稳定性。日前, 高速切削加工常用的刀具材料有:涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼 (CBN) 材料和聚品金刚石 (PCD) 材料等。
3.2 高速切削刀具系统
刀具几何参数对加工质量和刀具耐用度有很大影响, 一般高速切削刀具的前角比普通切削刀具约小10°, 后角约大5°-8°。刀具在高速旋转时, 会承受很大的离心力, 其大小远远超过切削力, 成为刀具的主要载荷, 足以导致刀体破碎, 造成重大事故。
4 高速切削工艺技术
高速切削工艺和常规切削工艺有很大不同。常规切削认为高效率来自低转速、大切深、缓进给、单行程;而高速切削则追求高转速、中切深、快进给、多行程的加工工艺。在进行高速切削时, 工件材料不同, 所选用的切削刀具、切削工艺和切削参数也有很大不同。下面我们着重探讨轻金属、钢和铸铁的高速切削工艺技术。
4.1 高速切削钢和铸铁技术
高速铣削钢和铸铁时, 遇到的主要问题是刀具的磨损。高速铣削钢材时, 刀具使用锋利切削刃和较大后角可减少刀具磨损, 提高刀具使用寿命。刀具的磨损与工件材料的力学性能有关。如工件材料的抗拉强度增大, 则刀具磨损增加, 因此应减少每齿的进给量。
4.2 高速切削轻金属技术
铝合金因具有良好的耐蚀性, 较高的比强度, 导电性及导热性好等优点, 在汽车工业和航空航天工业中已经大量应用。铝镁合金大多使用铸件。这些轻合金的最大优点就是其固有的易切特性。轻合金可采用很高的切削速度和进给速度进行加工, 切削速度可高达1000~7500m/min, 高速切削使95-98%的切削热被切屑迅速带走, 工件保持室温状态, 热变形小, 加工精度高。高速铣削轻金属时, 由于加工过程存在较大的冲击载荷, PCD和CBN刀具的寿命特性并不好。当切削速度达到1000m/min时, 可使用K型硬质合金刀具;当切削速度达到2000m/min时, 可使用金属陶瓷刀具;当切削速度更高时, 可使用PCD刀具;高速铣削铝镁合金时, 可使用Kl0硬质合金刀具。
高速切削 (High Speed Cutting) 是一个相对概念, 迄今尚未有一个确切的界定。高速切削通常指比常规切削速度和进给速度高出5-10倍的切削加工, 有时也称为超高速切削 (Ultra-High Speed Cutting) 。也有将主轴转速达到10000r/min-60000r/min, 快速进给速度20m/min以上, 平均进给速度10m/min以上, 加速度大于lg的切削加工定义为高速切削。对于不同的工件材料和加工工艺, 高速切削速度 (切削加工的线速度, 单位m/min) 范围也同。按工件材料划分, 当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材l100m/min以上、塑料1150m/min以上时, 被认为是合适的高速切削速度范围;按加工工艺划分, 高速切削速度范围为:车削700~7000m/min, 铣削300~6000m/min, 钻削200~1100m/min, 磨削5000~10000m/min。
5 高速切削的应用效益据生产实践证明, 高速切削应用于模具制造的效益是:
(1) 高速粗加工和半精加工, 提高加工效率数倍至几十倍, 只体与被加工的材料有关; (2) 高速高精度精加工硬切削代替光整加工, 表面质量高, 形状精度提高, 比EDM加工提高效率50%, 减少手工修磨; (3) 硬切削加工最后成型表面, 提高表面质量、形状精度, (不仅是表面粗糙度低, 而且表面光亮度高) , 用于复杂表面的加工显得更具优势。 (4) 避免EDM加工产生的表面损伤, 提高模具寿命20%。
6 结束语
由于市场进入全球化以及竞争的加剧, 模具市场对每一种模具技术最重要、带有先决性的要求是其快速性, 即从设计到进入市场的时间尽可能的短, 除了快速模具技术外, 就是高速切削技术。当前, 这些技术还是跟不上现代模具的需求。加快硬件及软件产业发展步伐, 用高性能高品质功能的硬件及软件满足高速切削机床配套的要求, 已成为各企业共同的奋斗目标。因此, 需要各个方面的协调发展, 产学研结合, 加大投入, 综合利用各个方面力量推动高速切削在模具制造中的应用。总之, 通过各方面的努力, 在市场需求的推动下, 使技术不断进步、像汽车、家电、机床一样, 在不远的将来, 我国不但要成为模具生产大国, 而且要成为模具生产强国。
参考文献
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[8]谭忠海.某工具铣床典型切削加工过程仿真分析[D].昆明理工大学.2006年
模具高速切削技术 篇2
面向高速切削加工的数控编程技术
分析高速切削加工所具有的特殊性及优点,并说明高速切削对数控编程方法的`限制.针对传统编程方法,提出了满足高速切削加工的刀位轨迹特殊处理关键技术,并对其实现方法进行了较详尽的论述.同时,对高速切削数控编程中刀具载荷分析与速率优化、毛坯残留量自动分析等新技术的实现方法也进行了探讨.
作 者：孟月梅 Meng Yuemei 作者单位：北京航空制造工程研究所刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：2007“”(z1)分类号：V2关键词：高速切削 数控编程 刀位轨迹 载荷分析
模具高速切削技术 篇3
【关键词】高速切削；参数优化；机床；刀具；工艺技术
数控高速切削技术已经在航空航天和汽车制造等众多领域得到广泛的发展和应用。当今科技突飞的工业信息时代，高速切削技术已成为切削加工的主流，对机械制造业来说是一场深刻的技术革命。数控高速切削工艺技术参数是数控切削加工过程中的基本控制量。实现数控高速切削加工工艺参数的优化，不仅有利于企业提高生产技术水平和经济效益，还将进一步推动数控加工技术的发展。
高速切削概念最早是德国物理学家萨洛蒙（Carl Salomon）通过切削实验而提出来的。迄今尚未有一个确切的界定。一种划分是比常规切削速度和进给速度高出5～10倍的切削加工。也有认为主轴转速高于8000r/min即为高速切削。对不同的材料和加工工艺，高速切削速度也不同。当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，被定为是高速切削。从加工工艺上：车削700～7000m/min，铣削300～6000m/min，钻削200～1100m/min，磨削5000～10000m/min被定为高速切削。具有：切削力小、工件热变形小、材料切除率高、工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工以及可加工难加工材料的特点。
数控高速切削加工是一个复杂的系统工程，高速切削加工的机理和相关理论至今仍不完善，其涉及到切削机理、切削机床、刀具、工艺参数等诸多工艺技术，这些是实现高速切削加工离不开的关键技术，着重从以下方面来探索研究。
1、新型高速切削刀具及其材料
高速切削技术发展的一个重要障碍就是刀具材料的耐高温和耐磨损问题，切削速度越高切削温度也就越高，现有的大部分刀具是无法达到这个要求的，为了解决这些问题，高速切削的刀具制造技术发生了巨大的变化。新材料，新工艺不断出现，刀具材料也发展到陶瓷刀具、CBN刀具和金刚石刀具。为了提高刀具的综合性能，发展了刀具涂层技术和烧结压层技术。对用于金属切削的刀具材料来说，一般有硬度、韧性、强度、热硬性、导热性等指标，其中硬度和韧性是一对极其重要的指标，理想的刀具材料当然是硬度、韧性兼备。
2、高速切削工艺及参数优化
安全、高效和高质量是高速切削的主要目的，可分为两种情况：以实现单位时间最大材料去除量和最大加工表面积。前者用于粗加工，后者用于精加工。在粗加工后，怎样获得余量比较均匀的半成品，为精加工创造条件。另外，在粗加工和半精加工时，如何选用刀具和设置切削参数，采用先进的走刀方法等这些都是要考虑的重要问题。对高速切削加工任务来说，要把粗加工、半精加工和精加工作为一个整体考虑，设计出合理的加工方案，从总体上达到高效率和高质量的要求，充分发挥高速切削的优势，这就是高速切削工艺设计的原则。
1）切削方式的选择。在高速切削加工中，应尽量选用顺铣加工，因为在顺铣时，刀具刚切入工件产生的切削厚度最大，随后逐渐减小。在逆铣时，刀具刚切入工件时产生的切削厚度为最小，随后逐渐增厚，这样增加了刀具与工件的摩擦，在刀刃上产生大量的热量，所以在逆铣时产生的热量比顺铣时多很多，径向力也大大增加。同时在顺铣中，刀刃主要受压应力，而在逆铣中刀刃受拉应力，受力状态较恶劣，减低了刀具的使用寿命。
2）走刀方式的选择。对带有敞口型腔的区域，尽量从材料的外面走刀，以实时分析材料的切削状况。而对没有型腔的封闭区域，采用螺旋进到方式，在局部区域切入。针对高速加工时应尽量采用轮廓的切向进、退刀方式以保证刀路轨迹的平滑。在对曲面进行加工时，刀具可是Z向垂直进、退刀，曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等。在实际加工中，用户可以采用曲面的切向进刀或更好的螺旋式进刀。而且螺旋式进刀切入材料时，如果加工区域是上大下小，螺旋半径会随之减小以进刀到指定的深度。尽量减少刀具的急速换向。由于之字形模式主要应用于传统加工，在高速切削加工中主要选择回路或单一路径切削。
3、新型机床及其技术发展的新动向
高速加工机床主轴转速高、功率大、快速行程速度高等会导致机床运动副之间发生急剧的摩擦和发热；高的运动加速度也会对机床产生巨大的动载荷等等这些都会影响产品的质量、效率、机床寿命。“零传动理论”的提出大大简化了机床的传动与结构，提高了机床的动态灵敏度、加工精度和可靠性。电主轴是实现高速机床主运动系统“零传动”的典型结构，它是将主轴和电动机集成在一起的结构，取消了主传动链中的一切中间环节，可将主轴转速提高到每分数万转；直线电动机的高速进给单元则是高速机床进给系统实现“零传动”的典型代表，主要优点有：速度高、加速度大、定位精度高、行程不受限制。
轴联动加工机床的兴起：一台5轴联动机床的效率可以等于两台3轴联动机床，当前由于电主轴的出现，可以使得复合主轴的结构大为简化，制造难度大幅度降低。并联加串联机床的出现：瑞典Neos Robotics公司采用三杆结构，解决3个自由度的问题，另外两个自由度采用成熟的传统串联机构来解决。该公司生产的Tricept845加工中心，对并联机床已有实用价值。高速虚拟轴机床的发展：其基本结构是一个活动平台、一个固定平台和六根长度可变的连杆。活动平台上装有主轴和刀具，固定平台上安装工件，六根杆实际是六个滚珠丝杠副，可产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上加工出复杂的三维曲面。
高速切削加工的问世，加快了汽车、模具、航空、精密机械等产品的更新换代速度，引起了这些行业制造技术及提升，加快了社会的进步。工业制造业要发展，企业必须不断的开发、应用现代高速切削加工技术。在二十一世纪全球化制造的市场环境下，高速加工必将在各类制造企业中得到广泛的应用。
参考文献
[1]张伯霖.《高速切削技术及应用》.机械工业出版社，2002
[2]艾兴.《高速切削加工技术》.国防工业出版社，2003
[3]王西彬.《高速切削刀具的研究》.机械工艺师，1998
模具高速切削技术 篇4
1 高速切削技术介绍
高速切削技术是建立在高速主轴与快速进给系统, 高性能控制技术, 高性刀具材质及刀具制造系, 高速切削机理等制造技术制造技术全面发展的基础上综合而成的, 高速切削技术在切削原理上是对常规切削的重大突破, 在切削加工工艺安排、切削用量选择及刀具应用等方面有较大的特殊性, 普通切削工艺及传统刀具不能满足高速切削技术要求。它需要刀具材料性能显著改善, 以及新型刀具材料和涂层工艺的开发和推广应用, 性能更耐磨、更可靠, 价格相对低廉的刀具材料成为发展高速切削的可靠保证。该技术也要求数控机床的主机结构和数控系统具备了更高的刚性、更快的运动速度和精度。
2 硬态切削技术应用研究
硬态切削是高速切削技术的一个应用领域, 它是指用车床使用单刃或多刃刀具来加工淬硬材料 (54-63HRC) 零件的一种加工方法。, 这种加工通常是作为最终加工或精加工, 它比传统的磨削加工有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点, 已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车业, 用CBN刀具加工20Cr Mo5淬硬齿轮 (60H RC) 内孔, 代替磨削, 表面粗糙度可达0.22μm, 已成为国内外汽车行业推广的新工艺。
淬硬钢是一类较难加工的材料, 它通常指淬火后具有马氏体组织, 硬度高, 强度也高, 几乎没有塑性的工件材料。其硬度可高达50-65HRC, 主要包括普通淬火钢、淬火态模具钢、轴承钢、轧辊钢及高速钢等。由于其典型的耐磨结构, 淬硬钢被广泛用于制造各种要求高硬度和高耐磨性的基础零部件, 淬硬钢工件的表面也比较光亮, 能达到磨削加工的效果。随着超硬刀具材料——陶瓷和PCBN性能的提高和价格的调整, 解决了淬硬零件传统制造工艺与快速发展的市场需求之间的矛盾, 使得更经济地切削加工淬硬钢成为可能。在德国等发达国家的汽车工业中, 多种轴类、套类零件大多采用硬车工艺代替磨削, 收到了良好效果, 因此在发达国家硬车技术已率先被普遍应用。
硬车技术是硬态切削技术的典型应用, 和普通车削相比在相同条件下, 硬车的切削力会增加70%以上, 切削所需功率也相应增加。硬车出现较大的切削力, 这就要求机床本身具备较高的刚性。切削用量选择是否合理, 对切削影响很大, 工件材料硬度越高, 其切削速度应越小。硬车过程中精加工合适的切削速度为70-150 m/min, 常用范围为125 m/min。当采用大切深或断续切削时, 切速应保持在60~120 m/min, 通常切深为0.1~0.25 mm;当加工表面粗糙度要求高时, 可选小的切削深度, 进给量通常选择0.04~0.14 mm/r, 具体根据表面粗糙度数值和生产率要求而定。
3 硬态车削技术优势分析
在硬态切削加工技术的采用与推广过程中, 与磨削技术相比具有良好加工柔性、经济性和环保性能。以硬态车削为例, 在加工淬硬钢精磨工序中采用硬态车削替代磨削, 分析比较其中优势。
(1) 避免工件灼伤, 磨削时的瞬时高温使工件表层局部组织发生变化, 并在工件表面的某些部分出现氧化变色的现象。磨削烧伤会降低材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度, 烧伤严重时还会出现裂纹。零件的磨削会对工件造成回火烧伤与淬火烧伤。而硬切加工时, 大量的热会被铁屑带走, 不会对工件造成烧伤和裂纹。另外硬切一次装夹, 可同时加工多个部分, 如外圆, 端面, 内孔等, 避免了多次装夹造成的累计误差, 所以它的同轴度, 垂直度的位置精度就很高。
(2) 加工表面质量较高, 局部的高温可以软化切削层, 便于切削。刀具硬度高, 能起到挤压的效果。一般车床的加工精度极限是Ra1.6, 而硬车可以达到0.7~0.8, 甚至更好, 也就实现了以车代磨的功能。
(3) 低成本, 较低的加工费用, 因为车床加工相对于钻床、镗床、铣床、磨床来说是最经济的。高效率, 车削装夹快速, 一次装夹可以完成多个表面的加工, 加工时间可缩短70%~80%, 因此硬车的加工效率为磨削的3~5倍, 而且CNC车床辅助时间短, 一般硬车的综合效率为磨削的3~5倍。CNC车床投资通常是磨床成本的一半以内, 设备成本低、适合柔性生产, 更好地适应柔性化生产要求。
(4) 降低维护费用, 节能环保, CN C车床和磨床相比占据更少的空间, 在CNC车床上, 磨损的CBN刀片可快速更换;硬车削里不需要冷却液, 污染排放量大大减小。
4 结语
硬态切削是高速切削技术的主要发展方向之一, 随着CNC技术, 新材料等基础技术的发展, 使得硬态切削成为当前关注的新型加工工艺, 它已经引起制造业界和科研机构的高度重视和极大兴趣。但是我们也应客观的对其进行分析, 认识到该技术自身也存在着一些有待深入研究的问题, 如高硬材料的切削机理研究, 建立高速切削的数据库, 开发适用于高速加工状态的监控技术等, 除了加强研究以外, 还应积极推广, 使这种高效率, 绿色的加工工艺更好的应用于生产实际。随着加工技术的不断发展, 硬态切削技术将会发展的加成熟, 并被广泛应用。
摘要：高速切削工艺以高效、精密和柔性为基本特征, 被视为现代制造技术领域的一个里程碑。本文介绍了高速切削的发展情况并通过研究其中硬态切削技术的应用从而分析高速切削具备一系列显著优势, 使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
关键词：高速切削,硬切削,加工工艺,硬车技术
参考文献
[1]艾兴.高速切削加工技术[M].国防工业出版社, 2003, 10.
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数控高速切削加工关键技术分析 篇5
1 数控高速切削技术的定义
所谓的数控高速切削技术, 它所指的也是切削加工技术的一种, 但是这种切削加工技术相比于传统的切削技术而言, 其切削的速度高出了很多倍。因此有的时候数控高速切削技术也被人们叫做高速切削。所以从数控高速切削技术的定义中我们不难发现, 实质上这里所说的“高速”只是一个相对的概念, “高速”这一概念往往会因为加工条件、加工材料等的不同而发生变化, 比如说在对于不同的材料进行切削加工时, 其切削的速度就有可能会不同。所以说对于切削速度的划分应该考虑多方面因素的影响, 而不能够一概而论, 比如说对于不同的切削条件而言, 则应该有一个对应的切削速度范围。就数控高速切削技术而言, 我们往往很难从整体上采用定量的方式来对其加以定义, 但是在这一技术的实际应用中, 这里的速度一般都是指的机器的主轴转速和进给速度。
2 数控高速切削加工技术的优势
对于数控高速切削加工技术而言, 它实质上整合了许多的制造技术, 因而也就具有更多的优势, 相比于传统的切削加工技术而言, 它在切削速度、进给速度以及切削机理等方面都发生了重大的改变, 其优势主要体现在以下几个方面:
2.1 有效提高加工效率
加工效率的提高是数控高速切削加工技术最重要的优势之一, 因为随着切削速度的加快, 加工效率的提高是必然的结果。一般通过该技术来进行切削加工, 在单位时间内, 材料的切除率往往能够达到传统切削技术的三到六倍。而且在应用该技术的过程中, 机床的快速空程速度也得到了有效的提高, 这样就可以使得非切削的空行程时间大大的减少, 对于提高产品加工效率也有着非常重要的意义。
2.2 适用于热加工
数控高速切削加工技术还适用于热加工, 这也是传统切削加工技术所不具备的优势。因为在应用该技术的过程中, 由于切削的速度非常快, 所以在切削的过程中虽然会产生一定的热量, 但是至少有98%的切削热都会因为切削速度过快而被切削直接带走, 这样就使得工件的温度保持在了一个相对稳定的状态。因而对于那些容易产生热变形的工件而言, 该技术是一种非常有效的加工技术。
2.3 适用于精密加工
在对一些刚性较差的零件进行加工的时候, 数控高速切削加工技术也有着非常大的优势, 因为在进行高速切削的时候, 如果切削速度达到了一定的值, 相应的切削力就会有所下降, 所以在对这些薄壁类刚性较差的零件进行精密加工时, 这一技术就有着非常大的优势。
2.4 可以加工各种难加工材料
在加工中我们通常会遇到一些比较难加工的材料, 这类材料往往具有强度大、硬度高以及切削温度过高等特征, 比如说镍基合金和钛合金等, 采用传统的切削方式对其进行加工, 往往十分容易对刀具造成损害, 而如果利用数控高速切削加工技术来对其进行处理, 往往就能够取得较好的加工效果。
3 数控高速切削加工的关键技术
3.1 提高切削效率
刃口钝化处理工艺对于提高切削效率有着重要的作用, 按照目前人们的认知情况, 在加工钛合金金属的时候, 使用刃口比较锋锐的刀具对于提高切削效率是有益的, 但是实际情况却是通过改变刀具的微观几何结构的设计参数, 同样可以提高切削效率, 为了更好地满足切削的要求, 并不只是要求切削的速度有所提升, 同时还需要在数控机床、刀具材料等方面取得一定的突破, 这样才能够使得切削效率得到更为显著的提高。
3.2 正确选择刀具
工欲善其事必先利其器, 在进行数控高速切削加工的过程中, 刀具对于切削的效率及质量都有着非常重要的影响, 所以如果对于刀具的选择不合理, 会使昂贵、复杂的机床或者加工系统完全不起作用。由于高速切削技术的高速运行, 而高速加工线速度只要是受到刀具的限制, 所以在目前数控机床可以达到的速度范围之内, 速度越快, 对刀具的磨损也就越严重。所以, 高速切削加工技术对刀具材料提出了更高的要求, 同时数控高速切削技术与普通的数控加工技术也有着更大的差别, 所以在对刀具进行选择时, 必须要依据该技术的实际要求, 合理地选择刀具的路径规格。比如说刀具的选择应该保证切削体积的相同, 同时还需要有利于维持稳定的切削速度, 最后刀具的运转还需要能够与进给速度保持一致。
3.3 合理选择切削用量
在进行数控编程的过程中, 工作人员必须要对于每一道工序的切削用量加以确定, 并且将其以指令的形式写入到相应的数控程序之中。针对不同的加工方法, 其所需要的切削用量往往也是不同的, 切削深度应该根加工余量来确定, 粗加工的时候, 除了留下精加工的余量外, 还应该尽可能的一次走刀切除全部粗加工余量。
4 总结
总而言之, 数控高速加工技术是现代先进制造技术的重要组成部分之一, 它在许多领域都得到了充分的应用, 并且体现出了其独有的优势, 数控高速切削加工技术为我国工业的发展做出了突出的贡献, 尤其是在航空航天、汽车以及模具制造等领域, 它的应用使得生产的效率得到了有效的改善。
参考文献
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超高速切削加工技术研究 篇6
关键词：切削加工,超高速切削,技术
1 超高速切削加工的概念
高速切削理论最早始于1931年, 是由德国学者Carl.J.Salomon所提出的一种假设, 这种假设引起了机械制造业的极大兴趣, Carl.J.Salomon认为, 所有被加工材料都有一个临界切削速度, 切削温度和刀具磨损程度的变化类似一个抛物线, 抛物线的最顶点则为临界切削速度。切削温度和刀具磨损程度的变化在切削速度逐步接近临界切削速度的过程中, 切削温度和刀具的磨损程度都在不断增大。当切削速度超过临界切削速度之后, 切削温度和刀具磨损反而随切削速度增大而减小。经过科研工作人员的不断努力和反复实验研究, 这种假设已变成实用技术, 被逐步运用到机械制造工业领域。
与普通切削相比高速切削对工件材料的切削速度是其几倍或几十倍, 目前学界对高速切削并无准确的定义, 从高速切削的特点出发, 一般有以下几种定义方式: (1) 是指高切削速度的切削; (2) 是指高主轴转速的切削; (3) 是指高进给速度的切削; (4) 是指高进给的高速切削; (5) 是指高生产率的切削。高速切削的范围并不固定, 根据被切削材料的不同, 高速切削的范围会有所不同。
2 超高速切削加工的特点
高速、超高速切削的特点主要表现在他与普通切削加工技术的不同上, 具体表现在以下几个方面:
第一、生产效率大大提高。超高速切削在切削材料时极大地缩短了机动时间和辅助时间、使因为切削而消耗的时间缩短了近一半左右。极大地提高了机械制造过程中切削工作效率, 缩短了机械制造工期。
第二、材料切削加工精度更高。高速切削单位切削力较同样的切削层参数, 单位切削力明显要小很多。同时切削力还可在保持高效率的同时适当减低进给量, 使减幅进一步加大, 大大降低了工件切削过程中产生变形的机率。同时, 高速切削使传入工件的切削热的比例大幅度降低, 加工表面受热时间短、切削温度低, 因此, 热影响区和热影响程度都较小。有利于提高加工精度, 有利于获得低损伤的表面结构状态和保持良好的表面物理性能及机械性能。特别是对于大型框架件、薄壁件、薄壁槽形件的高精度高效加工, 高速铣削是目前唯一有效的方法。
第三、能获表面较好的完整性。在对机械材料进行高速切削时, 高速切削一方面保证了切削工作的生产效率, 另一方面它采用的进给量较小, 使得加工表面变得较为光滑。在高速切削的过程中, 切削力度和变化幅度都很小, 而且机床的激振频率远高于切削工艺系统的固有频率, 加工表面受切削震动的影响较小, 大部分合成材料有多种化合物混合加工而成, 再经切削产生的高温热量的情况下, 容易改变材料的性能, 高速切削以其高速、低热传入比率, 可使受加工材料表面保持稳定的物理性能。
3 实现超高速切削的关键技术
高速、超高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等相关的硬件与软件技术的基础之上综合而成的。因此, 高速切削加工是一个复杂的系统工程, 由机床、刀具、工件、加工工艺、切削过程监控及切削机理等方面形成了高速切削的相关技术。
3.1 高速切削刀具技术
超高速铣削时, 刀具与材料之间摩擦产生的切削热量与刀具所受到的磨损程度都要比普通的切削高得多, 为此, 对超高速切削使用的刀具材料有特殊的要求。在刀具的耐磨性、强硬度、高韧性、化学性能稳定性、耐高热性等性能方面具有其超出一般切削的刀具的特有属性。
目前新兴刀具材料的种类很多, 但同时兼具上述性能的材料却很难找到。因此, 在具有比较好的抗冲击韧度的刀具材料的基体上, 再加上高热硬性和耐磨性镀层的刀具是刀具技术发展的重点。另外, 综合切削性能非常好的高速加工刀具, 还可以通过CBN和金刚石等硬度很高的材料烧结在抗冲击韧度好的硬质合金或陶瓷材料的基体加工得到。
3.2 高速切削工艺
高速切削作为一种新的切削方式, 目前, 尚没有完整的加工参数表可供选择, 也没有较多的加工实例可供参考, 还没有建立起实用化的高速切削数据库, 在高速加工的工艺参数优化方面, 也还需要作大量的工作。高速切削NC编程需要对标准的操作规程加以修改。零件程序要求精确并必须保证切削负荷稳定。多数CNC软件中的自动编程都还不能满足高速切削加工的要求, 需要由人工编程加以补充。应该采用一种全新的编程方式, 使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线。
3.3 高速切削机理
目前对于铝合金的高速切削机理研究, 已取得了较为成熟的结论, 并已用于指导铝合金高速切削生产实践。而关于黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理研究尚在探索阶段, 其高速切削工艺规范还很不完善, 是目前高速切削生产中的难点, 也是切削加工领域研究的焦点。正开展的研究工作主要包括铸铁、普通钢材、模具钢、钛合金和高温合金等材料在高速切削过程中的切屑形成机理、切削力、切削热变化规律及刀具磨损对加工效率、加工精度和加工表面完整性的影响规律, 继而提出合理的高速切削加工工艺。另外, 高速切削已进入铰孔、攻丝、滚齿等应用中, 其机理也都在不断研究之中。
4 超高速切削加工的研究内容及发展趋势
目前高速切削技术的研发已经取得的巨大的成就, 但随着机械制造材料的不断更新, 高技术合成材料的不断出现, 使得对高速切削技术有了更高的要求, 超速切削技术将在如下几个方面应继续发展:
第一, 在重切削工艺中进行超高速切削
所谓重切削是指对大型或重型零件所进行的切削加工, 这种切削要求超高速切削必须兼具高功率、大切深、重负荷、长时间等高标准、严要求, 重切削所要求的超高速切削难度更大, 工作更复杂。重切削在我国大型设备制造业领域具有重要的地位, 它是提高设备加工效率的关键。为此我们的研究开发方向要倾向于重切削领域的超高速切削研究。
第二、难加工材料的超高速切削
切削难加工材料具有切削温度高、导热性差、刀具磨损快等特性, 为此它对切削刀具材料具有特殊要求。难加工材料的相对切削加工性极低, 目前对对机械制造中的难加工材料大多只能采用很低的切削速度。只有不断深入研究, 努力发现难加工材料所具有的特性, 找到适合高速切削各种难加工材料的超硬刀具材料, 开发出新的高速刀具切削系统, 才能破解难加工材料切削的困境。
第三、基于新型检测技术的加工状态监控系统
基于进给速度和主轴转速的极大提高, 使得对监控系统的灵敏性、可靠性、和瞬时反应性提出了新的要求, 机械设备切削工况监控任务更加重要。如超高速切削刀具磨破损、磨具的修整等状态监控系统及保证快速反应替换的刀具管理系统软件, 刀具磨损破损监控系统的智能化。开发对超高速加工机床主轴单元、进给单元系统和机床支承及辅助单元系统等功能部件和驱动控制系统的监控技术, 对超高速切削过程中的工件加工精度、加工表面质量及安全状态的在线监控技术是研究的重点
参考文献
[1]张忠科.高速硬切削技术及刀具的合理选择[J].工具技术, 2007, 1.
高速切削加工技术的应用分析 篇7
1 高速切削将成为切削加工的新工艺
以高速切削为代表的硬切削、干切削等新型切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力, 这是制造技术为提高加工效率和质量、降低成本、缩短开发周期对切削加工提出的要求。因此, 发展高速切削等新型切削工艺, 促进制造技术的发展是现代切削技术发展最显著的特点。当代的高速切削不只是切削速度的提高, 而是需要在制造技术全面进步和进一步创新上 (包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步) , 达到切削速度和进给速度的成倍提高, 并带动传统切削工艺的变革和创新, 使制造业整体切削加工效率有显著的提高。硬切削是高速切削技术的一个应用领域, 即用单刃或多刃刀具加工淬硬零件, 它与传统的磨削加工相比, 具有效率高、柔性好、工艺简单、投资少等优点, 已在一些应用领域产生较好的效果。在汽车行业, 用高速切削技术加工20CrMo5淬硬齿轮 (60RHC) 内孔, 代替磨削, 已成为国内外汽车行业推广的新工艺。在模具行业用高速切削技术高速精铣淬硬钢模具, 采取小的走刀步距, 中间不接刀, 完成型面的精加工, 大大减少了抛光的工作量, 显著缩短了模具的开发周期, 已成为模具制造业的一项新工艺。在机床行业用C B N旋风铣精加工滚珠丝杠代替螺纹磨削, 用硬质合金滚刀加工淬硬齿轮等都显现出很强的生命力。
高速切削派生的另一项新工艺是干切削。切削加工中的切削液对环境的污染、对操作者健康的伤害, 成为当前治理的重点, 但是对切削液所造成危害的治理增加了制造的成本, 导致干切削新技术的开发, 并出现了微量润滑切削、冷风切削等准干切削新工艺。当前倡导的干切削并不是简单地把原有工艺中的切削液去掉, 降低切削效率, 而是进行传统切削工艺的重大变革, 为新世纪提供一种清洁、安全、高效的新工艺, 这是对切削技术包括刀具材料、涂层、结构的全面挑战。而节省刀具材料的贵重金属资源消耗, 开发刀具重磨、回收等新技术也成为切削加工对人类文明和社会进步应尽的责任。
2 加快关键技术的开发应用
2.1 涂层成为提高刀具性能的关键技术
刀具的涂层技术在现代切削加工和刀具的发展中起着十分重要的作用, 自从问世以来发展非常迅速, 尤其是近几年取得了重大的进展。化学涂层 (CVD) 仍然是可转位刀片的主要涂层工艺, 开发了中温CVD、厚膜三氧化二铝、过渡层等新工艺, 在基体材料改善的基础上, 使CVD涂层的耐磨性和韧性都得到提高;CVD金刚石涂层也取得了进展, 提高了涂层表面光洁度, 进入了实用的阶段。目前, 国外硬质合金可转位刀片的涂层比例已达7 0%以上。在此期间, 物理涂层 (PVD) 的进展尤为引人注目, 在炉子结构、工艺过程、自动控制等方面都取得了重大进展, 不仅开发了适应高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层, 如超级TiAlN, 及综合性能更好的T i A l C N通用涂层和D L C、W/C减摩涂层, 而且通过对涂层结构的创新, 开发了纳米、多层结构, 大幅度提高了涂层硬度和韧性。
PVD涂层技术的新进展, 向我们展示了涂层技术对提高刀具性能的巨大潜力和独特的优势:可以通过对涂层工艺参数控制和靶材、反应气体的调整不断开发出新的涂层, 以满足加工多样性的需要, 是提高和改善刀具性能一项又快又好的技术, 有着十分广阔的应用前景。
2.2 刀具结构的创新改变了传统标准刀具千篇一律的面貌和单一的功能
随着制造业的高速发展, 汽车工业、航空航天工业以及模具行业等重点产业部门对切削加
工不断提出更高的要求, 推动着可转位刀具持续的发展。为汽车工业流水线开发的专用的成套的刀具, 突破了传统按需供刀、“闭门造刀”的做法, 而成为革新加工工艺、提高加工效率、节省投资的重要工艺因素, 发挥新的作用。
为满足航空航天工业高效加工大型铝合金构件的需要, 开发了结构新颖的铝合金高速加工面铣刀等刀具。
模具工业的特点是高效、单件、小批生产、模具材料的硬度高加工难度大、形状复杂、金属切除量大、交货周期短, 成为推动可转位刀具结构创新的强大动力, 如多功能面铣刀、各种球头铣刀、模块式立铣刀系统、插铣刀、大进给铣刀等等。回顾上世纪90年代以来切削加工的发展, 模具工业还是今天高速切削、硬切削、干切削新工艺的发源地。
与此同时, 也出现了各种可转位刀片的新结构, 如形状复杂的带前角的铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等等。
2.3 快速发展的配套技术
切削加工的配套技术是随着切削加工技术的进步而逐渐发展起来的, 是现代切削技术不可缺少的组成部分, 并与切削技术和刀具保持着快速同步的发展, 包括刀柄与机床主轴之间的连接方式、刀具在刀柄里的夹紧方式、刀具系统平衡及刀具管理。
双面接触的空心短锥刀柄 (H S K) 机床-刀具接口, 由于可实现法兰端面和锥柄的同时接触, 具有连接刚性好、定位精度高、且装卸时间短等优点, 随着高速切削技术的推广, 得到了越来越广泛的应用。这种刀柄的结构形式现已成为正式的国际标准, 并且也已被众多的机床工具厂商所接受, 纷纷推出带HSK主轴接口的高速加工中心和带H S K刀柄的工具系统或整体刀具, 显示出这种新型刀柄的强大生命力和很好的使用前景。与此同时, 一些公司还开发了与H S K类似的刀柄结构, 如Sandvik公司的Capto刀柄, Kennametal公司的KM刀柄。近年来, 还出现了双面接触甚至三处接触的7:24接口, 以适应现有机床用于高速切削加工的需要。
在高速切削时, 刀具的转速在10000～20000r/min以上甚至更高, 此时, 刀体、刀片、及刀片的夹紧零件受到很大离心力的作用, 当转速达到某一临界值时, 足以使刀片甩出, 或者夹紧螺钉断裂、甚至整个刀体破裂。一旦出现这些情况会造成设备或人身伤害事故, 因此是应用高速切削技术必须加以防范的事情。为此, 德国制定了高速旋转刀具的安全规范, 对刀具的设计、检测、使用、平衡质量都作了严格的规定, 这项规范已先后成为欧洲标准和国际标准。
3 机床技术
3.1 驱动和传动技术
高速切削机床的直线进给有:电机伺服系统和直线电机驱动系统两种。电机伺服直线进给系统通常由变频调速电机、机械传动环节、滚动导轨滑台和位置调节测量装置组成。它的几何定位精度可以达到5—1 0μm, 运动的均匀性误差小于1μm, 进给速度Vfj≥40—50m/min, (j=x、y、z) , 加速能力αj≥5—10m/s2, 其他性能指标还有动态轨迹精度, 机械传动件的动力学特性和热特性。
直线电机驱动的系统由原始级部件、滑台和位置测量装置构成, 也是零传动。它的Vfj≥120 m/min, αj≥25m/s2, 动态轨迹精度也高得多。
目前, 高速切削机床的主轴多以高频变频调速电机直接驱动, 即所谓“零传动”, 并且朝着高转速、大功率、大扭矩的方向发展。例如:一种高频电主轴的最高转速n=24000r/min, 最大功率p=23KW, 最大扭矩M≥79nm。其关键零、部件是控制系统和传感器、电机、轴承。需要解决的技术关键问题有转子转速显示, 通过监控电机温度和耗用电流来保护主轴、变频器、冷却剂的流动控制和循环冷却、刀具夹紧系统的动作控制、轴承震动的测量与监控、用阀调节润滑剂压力来调节预紧轴承、主轴密封等等。
3.2 控制和数控技术
高速切削机床部件运动速度高, 在单位时间内C N C系统需要处理计算的数据大大增加, 要求相应提高处理计算的速度和容量。通过采用功能强大的硬件配置, 如:奔腾芯片、64MB内存 (或更高) 、1—10G硬盘等, 并应用数字化驱动调节和数字化总线技术, 高速CNC执行程序块的速度以降低到0.5ms。通过配备空间螺旋线、抛物线、和样条插补功能, 速度预控制功能, 数字化自动平滑运动轨迹功能, 加速和制动时的急动速度监控功能, 使它的插补计算精度和容量也获得大幅度提高。此外, CNC通常具备刀具补偿、误差补偿、安全性监控等功能, 并安装有高效的CNC专用模拟软件。
4 我国高速切削技术的发展现状和采取措施
我国高速切削技术目前处于起步阶段。就多数企业单位而言, 由于缺乏全面认识了解和经验, 或者因为资金有限, 引进的高技术装备不配套, 主要是没有适用的高速刀具和设备, 其次缺少C A D/C A M软硬件系统。而且由于缺少优化的工艺技术数据作为参考, 进口设备多数没有发挥潜力, 经济效益不佳。
当前我国有科研机构和单位应该对与高速切削相关的技术进行研究, 对高速切削的机理进行科学的分析和实验, 夯实理论基础, 做好基础理论的预研工作。国外工具公司面对我国制造业快速发展的大好形势和广阔前景, 加快了在中国实现本地化生产或服务的步伐, 以降低制造成本、提高服务能力、缩短交货周期, 应该说, 外国刀具公司进军中国市场为我们应用先进刀具改造传统制造业提供了十分有利的条件。我们要抓住这个有利时机, 积极采用先进刀具, 为提高企业的加工技术和竞争实力服务, 迎接经济全球化的挑战。先进的切削技术和刀具是我国发展汽车工业、航空航天工业、能源工业和配套的模具工业必备的前提条件。在这样的大好机遇面前, 我们要充分利用先进的切削技术和刀具, 为发展我国的制造业服务。
摘要：高速切削技术是未来切削加工的方向, 也是时代发展的产物, 它仰仗于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件等基础技术的出现。然而, 它自身亦存在着有待攻克的一系列特殊的关键技术, 归纳起来有以下几方面。
高速切削加工中刀具技术的选择 篇8
高速加工技术由于其精度高、产品表面质量好, 生产效率高, 被认为是21世纪最有发展前途的一种先进制造技术。特别是在当前市场竞争日趋激烈的情况下, 企业为满足时代与市场变化的需求, 只有通过不断提高产品质量、降低生产成本、改进服务方式、开发适应时代变换及有利于环保的新产品, 因此不断推动了这一技术的发展。高速切削加工技术作为机械制造中一种集高效、优质、低耗的先进制造技术, 相对于传统的切削加工, 其切削速度、进给速度都得到了很大的提高。
1 高速加工的定义
高速加工, 就是采用超硬材料的刀具, 通过极大地提高切削速度和进给速度, 来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的一种现代加工技术, 即以较快的生产节拍对零件进行加工。高速加工的一个生产节拍一般包括:零件送进→定位夹紧→刀具快进→刀具工进→刀具快退→工具松开、卸下零件→质量检测等七个基本生产环节。在高速加工中, 高速主要体现在刀具快进、工进及快退3个环节上。一般主轴转速≥8 000r/min, 最高可达到:10 000 r/min~150 000 r/min;进给速度超过40 m/min, 为普通切削的5倍~10倍;转速特征值达到0.5~200×106, 换刀时间:3s~5s, 最快可以达到0.7s~1.5s。高速加工切削速度随加工方法不同有所不同, 也随加工材料不同而不同。例如:车削:700m/min~7000m/min, 铣削:300m/min~6 000m/min, 铝合金:1 000m/min~7 000m/min, 铸铁:800m/min~3 000m/min。
2 高速切削加工刀具技术的选择
刀具作为高速切削加工技术中的一个关键因素, 它对产品加工效率、生产成本、加工质量等都具有直接的影响。在生产加工过程中, 刀具不仅要承受高切削力、高温、振动、冲击等载荷, 而且还应具有良好的力学性能和热稳定性, 即具有高硬度、高强度、高韧性、高耐磨性、抗氧化能力强和抗冲击能力强等特性。此外, 与传统切削加工相比, 由于高速切削速度高, 导致前刀面摩擦力增大, 使刀具接触面温度增高, 要求刀具具有高熔点、高耐热性、抗热冲击性能、高温力学性能等。同时, 为了保证高速切削的加工要求, 在刀具材料选定后, 应选择合理的刀具装夹结构、刀具几何参数, 同时考虑刀具的安全性。
2.1 刀具材料选择
根据高速切削刀具的作业强度, 其刀具材料应具备以下几个性能:1) 高硬度和高韧性, 能够承受刀具高速回转所产生的冲击和振动, 不发生崩刃和断裂现象;2) 高耐热性, 能够承受刀具高速作业过程的高温, 并具有较强的抗氧化能力;3) 高耐磨性, 保证刀具在高速切削中, 不易形成锯齿形和厚度变化的断续切屑, 有效防止刀具的动平衡性破坏, 而导致刀具加速磨损。除了以上性能之外, 还要求刀具材料必须具备抗热冲击性、抗断裂和塑性变形的能力。目前高速刀具材料主要以涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN为主。其中采用Ti C为基体的金属陶瓷化学稳定性比较好, 且具有耐氧化性、耐磨性和抗粘结性, 适合模具钢加工;以Si N陶瓷、Ti基陶瓷、Ti CN涂层为材料的高速硬质刀具适合加工高强度铸铁件及精锻结构钢件;采用聚晶金刚石 (PCD) 、超细硬质合金刀具适合加工铸铝合金件;采用高粉末Co冶金表面涂覆的高速钢整体拉刀、滚刀适用于加工各种精锻钢件、铸铁件;金属陶瓷硬度和抗断裂性与硬质合金基本相当, 但导热系数却不及硬质合金的1/10, 且具有优异的抗粘结性、耐氧化性和耐磨性, 比较适合于模具钢加工。涂层硬质合金由于耐磨性好, 且能很好的保持刃口形状, 使零件有高的精度和表面加工质量, 如聚晶金刚石或金刚石涂层刀具常用于加工有色金属或非金属材料。
2.2 刀具装夹结构的选择
高速切削加工在对切削刀具的刚性和高机械性能具有很高要求的同时, 对刀具的装夹力与装夹精度也有比较高的要求。刀具系统中, 装夹刀柄与刀具组成了一个完整的刀具体。在刀具高速旋转加工过程中, 由于离心力及震动的影响, 刀具系统可能导致振动或倾斜, 使加工精度降低, 刀具磨损加剧, 降低机床使用寿命。这就要求刀具系统有高的几何精度、装夹刚度和装夹定位精度。而普通切削加工中大多采用7:24锥度单面夹持刀柄系统, 这类常规刀柄在高速切削时, 往往会出现刚性不够、重复定位精度不稳定、不利于快速换刀等现象。为了提高刚性和装夹精度, 目前国外普遍采用1:10锥度的HSK空心刀柄, 它主要依靠空心薄壁的径向膨胀量保持与主轴内锥孔变形来实现夹紧, 采用小锥面的夹紧力提高接口承载能力及良好的定位作用, 具有换刀快、重复定位精度高等优点。如山特维克可乐满公司的刀柄系统。
2.3 刀具几何参数选择
刀具材料选定后, 刀具几何参数的选择会直接影响到刀具寿命及切削速度, 一般来说应选择高强度的刀片。对圆刀片和球头铣刀, 注意有效直径的概念。与普通切削不同, 高速切削时刀具的前角应小10°, 后角应大5°~8°。由于后角在高速切削时的进给速度高, 为了减少刀具与工件之间的摩擦, 后角选择120°以上;为了减少切屑流出阻力和降低刀具的磨损, 刀具前角选择120°左右;刃倾角影响切屑的方向和切削力的大小, 一般刃倾角选择为150°~100°, 这样以减小切削时刀具的磨损, 提高刀具的使用寿命。
2.4 刀具的安全性
由于转速的提高, 其安全性问题变得越来越重要。如40mm直径刀具, 主轴转速达到30 000r/min, 其射出的速度可达到63m/s的速度, 接近于230km/h的汽车速度, 切削过程中如出现断刀摔出, 势必有较大的冲击动量。因此, 刀具系统的动平衡性显得至关重要。
3 结论
高速切削中刀具技术的发展和应用将对高速切削技术具有决定性的作用。随着刀具新材料、新工艺等新技术的不断突破, 高速加工技术一定会成为机械切削加工的主要发展方向, 将不断为企业创造更大的经济效益。
摘要：本文从高速加工技术的涵义出发, 阐述了高速切削加工技术中刀具材料的选择、刀具装夹结构的选择、刀具几何参数的选择以及刀具安全性考虑。
关键词：高速切削加工,刀具,选择
参考文献
[1]徐宇慧.高速切削刀具及接口技.
[2]左敦稳.高速加工技术现状及发展趋势.
模具高速切削技术 篇9
1 超高速切削技术的优越性
在现代工业科学技术的不断发展进步中, 高速与超高速切削刀具与机床设备等关键技术取得了突破性的进展, 使得朝高速切削工艺逐渐走向成熟。超高速切削工艺技术不断进步, 切削速度范围不断扩展, 在实际的生产应用过程中, 铝合金的超高速切削速度已经能够达到每分钟1 500m~5 500m, 铸铁的超高速切削速度为每分钟750m~4 500m, 普通刚的切削速度为每分钟600m~800m, 给进速度达到每分钟20m~40m。随着现代工艺的发展, 超高速切削的技术还在不断发展, 实验室中铝合金的切削速度已经超过了每分钟6 000m, 给进加速度已经能够达到3倍重力加速度。超高速切削的具体特点与优势包括以下几点。
1.1 可提高生产效率
在机床加工的切削过程中, 生产效率的提高是核心。而生产效率的主要影响因素包括加工系统的自动化程度、机床机械的动作时间与辅助加工时间。根据文献资料, 机床主轴给进与转动的速度大幅度提高, 使得加工时间减少一半, 从而简化了机床的机械结构, 减少了1/4的零件数量, 简化了维护的过程。
1.2 可获得较高的加工精度
现代机械技术的发展, 减少了1/3以上的切削力, 使得工件的加工精度增加。由于减少了变形程度, 降低了切削热量向工件的传导, 能够使工件的温度加热程度减少, 减少了热变形程度, 从而提高了加工精度。在大型薄板件、框架见、薄壁槽型件的加工过程中, 要实现加工过程的高效率与高精度, 主要的有效加工方式即为超高速切削。
1.3 能获得较好的表面完整性
生产效率不断提高的工艺改进中, 能够实现进给量的减少, 以较小的进给量增加加工表面的光滑程度, 同时切削力改变幅度降低且减少切削力的作用, 工艺系统的固有频率相比机床激振频率小很多, 所有振动对加工工件表面质量的影响较小, 切削热传人工件的比率大幅度减少, 加上表面的受热时间短, 切削温度低, 加工表面可保持良好的物理力学性能。
2 超高速磨削技术的现状与发展趋势
20世纪60年代初, 高速磨削的砂轮速度曾一度达到90m/s, 但更多的还是在45m/s~60m/s之间使用。20世纪70年代初, 高速磨削在各工业发达国家得到较快的发展, 砂轮圆周速度基本达到80m/s~90m/s, 少数磨床砂轮线速度达到120m/s。高速磨削作为最早开发应用的一种高效磨削技术曾风靡一时, 但是, 高速磨削并未按原先预料的方向发展。通过研究, 高速磨削时, 一方面由于磨屑厚度变小, 磨削能会增加, 磨削热增加;另一方面磨削液难以进入磨削区, 使传入工件的热流比例增大。这就使工件受热变形和表面烧伤等成为限制砂轮速度进一步提高的主要因素。此外, 早期的高速磨削技术在当时技术水平下还受到了普通砂轮的强度、普通磨料的耐磨性、机床结构和成形砂轮修整等多方面因素的制约。高速磨削技术在一段时间内发展缓慢, 只是在对磨削温度没有限制的高效磨中, 砂轮速度发展到120m/s。在20世纪50年代末, 德国的ELB磨床公司首创了另一种高效磨削加工方法——缓进给磨削, 即砂轮的线速度保持普通磨削时的水平, 而加大切削深度, 降低工件进给速度, 使砂轮像铣削那样工作, 从而提高材料去除率, 获得磨削的精度和表面粗糙度。缓进给磨削几乎是同高速磨削同时发展起来的一种高效磨削技术。自1963年缓进给磨削机床正式投入工业应用以来, 一直受传统砂轮速度 (u。<35m/s) 的限制。人们普遍认为高砂轮速度不适合于深磨场合, 因为砂轮速度的提高会引起磨削温度上升, 导致磨削烧伤的危险性增加。
1979年, 德国的P.G.Wemer博士预言了高效深磨区存在的合理性, Wemer在试验基础上将缓进给磨削的深磨机制推广到高速磨削领域, 提出了高效深磨的新概念。该磨床成功应用于螺杆齿轮、丝杠、工具沟槽、转子槽、齿槽等零件的机械加工中, 用磨削加工代铣加工。在这种情况下, 外界才真正开始意识到HEDG技术的巨大能量, 并受到全世界的极大关注。HEDG技术将传统的磨削加工工艺提高到了难以想象的程度, 材料去除率Q+达到50-1000m3/ (mm·s) , 磨削比一般在20 000以上。这种技术能够实现零件毛坯到成品的直接加工, 同时结合粗加工与精加工, 与传统铣削、车削加工工艺相比较, 极大程度提高了加工效率、缩短了加工时间。HEDG真正使磨削实现了高效优质的结合, 因而被誉为磨削技术发展的高峰。近年来, 随着人造金刚石和立方氮化硼超硬磨料砂轮的推广应用和高速磨削机制研究的进一步深入, 高速磨削得以再度兴起, 并实现了砂轮线速度高于普通磨削5倍~6倍的超高速磨削。20世纪80年代末期, 市场上已出现了80m/s~120m/s的磨床, 实验室的磨削速度已达230m/s。德国居林公司已制造出砂轮线速度为14m/s~160m/s的CBN磨床, 现在工业上实用磨削速度已达到了150m/s~250m/s, 实验室中达到400m/s, 并表现出非常优异的磨削效果。
3 结论
超高速切削对机床结构的要求是最基本的关键技术, 其技术包括直线驱动告诉进给系统、主轴结构改进单元、数字控制与伺服驱动的高性能系统、超高速切削刀具技术工艺与配套系统、实时监控系统、稳定的安全装置、高效的冷却系统、高阻尼和高刚度的机床床体结构、方便可靠的换刀装置、良好的动态特性和热特性。
此外, 超高速切削工艺也非常重要, 忽视这点也很难实现高速与超高速切削。
参考文献
[1]宋昌才.高速机床与高速切削在现代机械加工中的应用[J].新技术新工艺, 2002 (9) :2-5.