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高速銑加工對刀具與刀座有什么要求呢?

2018-08-02

高速切削(HSM)是現代銑削技術中被廣泛使用的一項重要技術。通過應用 HSM 銑削技術,不僅可以銑削各種軟硬材料,而且能夠達到極好的工件精度。本文介紹了HSM對刀具與刀座的要求。

一、HSM 對切削刀具的要求

1. 幾何形狀

刀具振動直接影響加工所獲得的表面質量。因此,在HSM精加工過程中保持刀具均勻的切削力極其重要,避免引發刀具振動。

刀具相鄰幾何特性對切削力的影響:

? 同心度好有利于負載在切削刃上均勻分布

? 較大的切削刃重疊有利于獲得均勻的切削力特性(較大螺旋角和槽數)

? 短切削長度有利于獲得較好的剛性(相對于機床陡壁,軸的直徑被減小一點)

? 芯部橫截面狀態最好,槽口處的應力集中最小

可以使用HSM加工高強度材料,這意味著抗變形能力隨著待加工材料硬度的增加而增大。切削刃上負載增加,要求對切削刃的幾何形狀進行穩定的設計。然而,高速切削狀態下在工件表面的自由區域還將產生更多的摩擦熱,這意味著必須減小刀具的間隙角。因此,增加切削刃的穩定性只能通過減小斜角的方式實現。在材料很硬、刀具材料很脆的情況下,甚至可能導致負的斜角。

精確配合的半徑在刀刃尖部磨削,以避免突然變熱時達到紅熱狀態或者切削刃局部斷裂。

如果對加工工件的形狀精度要求很高,則所用精加工刀具的球部半徑對于待加工工件的形狀精度有直接的影響。因此,作為基本條件,在非常精密零件的精加工過程中使用具有非常嚴格半徑公差(在微米范圍內)的刀具是非常重要的。

2. 材料和涂層

刀具材料必須比待加工材料硬。工件材料與刀具材料之間的硬度差越大,刀具磨損越小,刀具使用壽命越長。因為局部溫度很高,還必須保證刀具材料具有抗氧化性。

較大熱負載波動和對刀具材料抗氧化性的要求使得最終需要在精細顆粒碳化鎢刀體上進行涂層。

經過試用和試驗的涂層系統,如使用 TiN、TiCN 和 TiAlCN在 HSM 加工中迅速達到了其極限。因此,多種成分的涂層系統被研制出來,它基于高鋁含量氮化物、結合其它元素如釔、釩或鉭。使用納米層結構、CBN 和 PKD,還可以達到更高的性能。

二、HSM 對刀座的要求

由于在 HSM 加工中需要很高的主軸速度,因此,最好使用HSK-A 和 HSK-E 刀座系統。由于刀座法蘭安裝在主軸頭上,刀座在 Z 方向上有明確的機械支撐,因此,在較高轉速下,不會因離心力增大而拖進主軸。

根本的錯誤在加工準備階段可能已經發生,致使較小振動和安全的過程控制不可能實現。要實現穩定的HSM加工,按照要求對刀具和刀座裝置進行平衡并對其同軸度進行檢查是至關重要的。還必須考慮與未平衡質量有關的旋轉速度極限。

平衡不好或不同心的旋轉刀具系統將導致:

? 非常糟糕的表面質量

? 非常低的刀具使用壽命

? 糟糕的加工穩定性和安全性

? 可能損壞銑削主軸

加工過程中因產生突變而造成不平衡以及偏離理想同心度,其結果在下面的原理圖中看得非常清楚:

與完美同心度相比無偏差:較小的理論粗糙度

與完美同心度相比有偏差:較大的理論粗糙度

平衡質量對整個旋轉系統的動態性能有著重要的影響。

不平衡相當于有一個偏心物體在旋轉。這個偏心物體能夠引發離心力,其隨著轉速的增加呈平方值增大。這意味著相同的不平衡在轉速為 42,000 rpm 的主軸上引發的離心力是轉速為 2,000 rpm 主軸的 441 倍(212 = 441)。因此,高速加工中刀具刀座裝置的不平衡具有特別明顯的不良后果。

應用 HSM 中的刀具夾緊技術,您可以與以下物品一起使用刀座:

? 夾頭和

? 縮徑接頭

不建議使用替代系統如 Weldon 連接器,因為它們在 HSM加工中具有明顯的缺陷。

由于帶夾頭的刀座良好的阻尼特性能夠給粗加工過程帶來好的效果,因此,與縮徑接頭一起可以達到極高的剛性和重復精度。這對獲得完美的工件表面至關重要。使用縮徑接頭使您能夠獲得非常精確地同心度 (偏差低于0.003 mm)以及較大的傳遞扭矩。

各種縮徑刀座的設計結構:傳遞扭矩取決于夾緊設備的設計結構;設計結構不同,它們可能區別很大。


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