高速铣削技术发展(2)

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1、高速铣削技术的发展(2)高速铣削技术的发展(2)--------------------------------------------------------------------------------http://www.airnews.cn2006-7-2523:57信息来源：航空在线对铣刀的要求　　当提供了具有高速切削能力的机床以后，关键问题就转移到刀具上。　　高速铣削对铣刀的要求是平衡、材料先进（CBN、PCD）、圆度差最小、安全、易排屑、多用途，而且它们的几何形状大多也很复杂。首先对刀具的要求是平衡稳定，因此必须用对称夹钳、热夹钳和收缩夹

2、钳来固定刀片。现在已经有许多靠摩擦或回弹的自夹紧装置。在设计夹紧装置时一定要考虑刀片上施加的力，曾有试验表明一定直径的端铣刀速度达到足够高时，固定刀片的螺钉会被剪断。因此，对一给定的刀具直径，允许的最大切削速度是通过试验得出的经验确定的，以确保生产中使用安全。　　在选择刀具材料时，刀具的基体材料应尽量使用热变形抗力强的材料，这是由于金属切削过程会对刀具产生热振动，尤其是系统使用一种冷却液或在切削时有干扰。建议使用细晶材料，晶粒尺寸在1~2μｍ。在超高速加工时将使用强度更高的钛合金作为刀体材料。此外涂层对加工速度影响也很大，在高温时，金属切屑与刀具材料之间

3、的化学反应造成机械装置磨损，由于氧化铝（Al2O3）具有抗化学反应的能力，隔热性也比TiC和TiN好且能保持硬度不变，因而常作为涂层材料。另外高温和高速也促使人们使用更先进的PVD涂层材料，尤其是TiAlN材料，其在固态溶解下变硬的性能，使其不仅能保持一定的硬度，同时抗氧化能力也比TiC和TiN更强。在铝合金加工中也可使用金刚石涂层，因为加工铝合金时温度不可能升到600℃以上，铝合金最适合于进行高速加工，因为其硬度小，金属不会产生更多热量，因此这种化学性质不稳定的材料与PCD涂层效果一样。目前国外开发了一种复合材料氧化涂层，它是氧化铝/氧化锆。锆比Al2

4、O3具有更低的热传导性，因而更能保护基体材料。另外，使用多层的PVC和CVD涂层也会产生更加光滑的表面。　　刀具直径、刀片选择、导角和间距在面铣过程中都是要考虑的重要因素。高速加工的刀具设计相当难，因为材料、刃口设计、夹紧装置设计以及机床上的刀夹都要选择正确且配套。刀具的设计直接影响到切削速度，如在80~160mm直径范围内的切削速度曲线的陡坡是由刀架确定的，即当直径是160mm时，刀体的强度是关键因素，刀架即直径在160~500mm之间时，刀体将首先断裂。为了使得精密高速加工安全可靠，刀具设计已经涉及许多技术领域。此外，设计刀具多用途，能够用一把多用途

5、刀具同时完成几项作业，也是提高加工速度的一种方法。　　此外，进给速度和角度也直接影响刀具的寿命和表面加工质量。刀具的切削量与进给速度成正比例，并与切削速度成反比。如果按比例增加切削速度和进给量，则每齿的进给量要保持不变。对于面铣来说，进给速度必须很高，才能使每次进刀足以深入工件保证切割质量，否则刀片将刮伤工件，产生的热能使材料硬化并缩短刀具寿命。经验表明，最小的进给速度是每刀齿0.004in。如果选择带导角的面铣，进给速度则要求更高，这取决于所使用的角度。通过采用适当的轴向和径向倾斜角的面铣，将能够延长刀具使用寿命，增加刀具的有效性并达到最大的金属去除率

6、。　　另外，高速加工的安全性也是要考虑的重要内容。在高速加工时，刀具承受复杂的静态和动态载荷，一般来说任何旋转刀具的离心力都是主要的负载和应力因素。在切削过程中旋转能量释放量高会造成刀具和机床的结构损伤，因此必须满足适当的设计结构和尺寸。为此，国外已经进行了计算方法、试验方法和设计准则方面的研究。另外，平衡不仅影响到安全，还与精密度有关。刀具的平衡还与刀具的寿命、几何形状及零件光洁度有关。短且小的刀具只需要静平衡，悬臂长的刀具需要动平衡。在任何高速加工情况下，机床主轴、刀架和刀具都作为整个系统进行平衡。　　从理论上讲，在一般加工时产生的载荷同样作用到高速

7、加工的刀具上，但是在高速加工时这些工作参数将增加5~10倍。刀体和切削元件连接处的承载情况是：静载荷是恒定运行速度下的离心力，动载荷是由于加速和减速离心力发生变化及脉动切削力产生的。其导致的结果都是刀体断裂和损坏（分为两种：一种是刀体的刷损；另一种是切削元件接头，即可转换的刀片或夹头的损坏）。　　因此，必须采用适当的措施来改进刀具设计。例如刀尖钎焊到刀架上，以避免在高速旋转时由于离心力的作用有螺钉飞出的可能。通过试验的方法可确定损伤极限，刷损试验可以用来确定旋转速度极限，并且可以确定是由于哪一种破坏造成的。有关的试验还有永久性变形和错位的静态测量试验和动

8、态位移测量试验。另外还要考虑疲劳问题。工夹　　高速加工时主轴是否能很好的工作由三