高速銑HSM加工中如何選用好刀具與刀柄？

fatliu1983

一、高速銑加工中刀具的應(yīng)用

刀具振動直接影響加工表面質(zhì)量。所以，在高速銑（HSM）精加工過程中保持均勻的切削力特性，避免刀具振動至關(guān)重要。

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•  同軸度好有利于負(fù)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(shù)）

•  短切削長度有利于獲得較好的剛性（相對于機(jī)床陡壁，軸的直徑被減小一點(diǎn)）

•  芯部橫截面狀態(tài)最好，槽口處的應(yīng)力集中最小

我們可以使用高速銑加工高強(qiáng)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(fù)載增加，要求對切削刃的幾何形狀進(jìn)行穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。然而，高速切削狀態(tài)下在工件表面的自由區(qū)域還將產(chǎn)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(wěn)定性只能通過減小斜角的方式實(shí)現(xiàn)。在材料很硬、刀具材料很脆的情況下，甚至可能導(dǎo)致負(fù)的斜角。

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精確配合的半徑在刀刃尖部磨削，以避免突然變熱時(shí)達(dá)到紅熱狀態(tài)或者切削刃局部斷裂。

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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(yán)格半徑公差（在μm范圍內(nèi)）的刀具是非常重要的。

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材料和涂層：

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要采用一個(gè)原理：所用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。

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因?yàn)榫植繙囟群芨�，還必須保證刀具材料具有抗氧化性。較大熱負(fù)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(xì)顆粒硬質(zhì)合金刀具上進(jìn)行涂層。經(jīng)過試用和試驗(yàn)的涂層系統(tǒng)，如使用 TiN、TiCN 和 TiAlCN 在 HSM 加工中迅速體現(xiàn)了其高速加工的性能。

因此，多種成分的涂層系統(tǒng)被研制出來，它基于高鋁含量氮化物、結(jié)合其它元素如釔、釩或鉭。使用納米層結(jié)構(gòu)、CBN 和 PKD，還可以達(dá)到更高的性能。

二、高速銑加工中刀柄的應(yīng)用

由于在 HSM 加工中需要很高的主軸轉(zhuǎn)速，因此，最好使用 HSK-A 和 HSK-E 刀柄系統(tǒng)。

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由于刀柄法蘭安裝在主軸頭上，刀柄在 Z 方向上有明確的機(jī)械支撐，因此，在較高轉(zhuǎn)速下，不會因離心力增大而進(jìn)入主軸。

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動平衡和同軸度

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根本的錯(cuò)誤在加工準(zhǔn)備階段可能已經(jīng)發(fā)生，致使較小振動和安全的過程控制不可能實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的 HSM 加工，按照要求對刀具和刀柄裝置進(jìn)行動平衡并對其同軸度進(jìn)行檢查是至關(guān)重要的。還必須考慮與動平衡質(zhì)量有關(guān)的旋轉(zhuǎn)速度極限。

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動平衡不好或同軸度不好的旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)將導(dǎo)致：

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•  非常糟糕的表面質(zhì)量

•  非常低的刀具使用壽命

•  糟糕的加工穩(wěn)定性和安全性

•  可能損壞銑削主軸

加工過程中因產(chǎn)生突變而造成不平衡以及偏離理想同軸度，其結(jié)果在下面的原理圖中看得非常清楚：

與完美同軸度相比無偏差，較小的理論粗糙度
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與完美同軸度相比有偏差，較大的理論粗糙度

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動平衡質(zhì)量對整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動態(tài)性能有著重要的影響。我們認(rèn)為不平衡相當(dāng)于有一個(gè)偏心物體在旋轉(zhuǎn)。這個(gè)偏心物體能夠引發(fā)離心力，其隨著轉(zhuǎn)速的增加呈平方值增大。這意味著相同的不平衡在轉(zhuǎn)速為 42,000 rpm 的主軸上引發(fā)的離心力是轉(zhuǎn)速為 2,000 rpm 主軸的 441 倍（212= 441）。因此，高速加工中刀具刀柄裝置的不平衡性具有特別明顯的不良后果。建議使用接口 HSK-E，它對表面質(zhì)量有非常高的要求。

應(yīng)用 HSM 中的刀具夾持技術(shù)，您可以與以下物品一起使用刀座：

•  夾頭和螺母

•  熱縮式連接

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不建議使用替代系統(tǒng)如 Weldon 連接器，因?yàn)樗鼈冊?HSM 加工中具有明顯的缺陷。

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由于帶夾頭的刀柄良好的阻尼特性能夠給粗加工過程帶來好的效果，因此，可以達(dá)到極高的剛性和重復(fù)精度。這對獲得完美的工件表面至關(guān)重要。

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熱縮式刀柄使您能夠獲得非常精確的同軸度 （偏差低于0.003mm）以及傳遞較大的扭矩。

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各種縮徑刀柄的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：

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傳遞扭矩取決于夾緊設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，它們可能區(qū)別很大。

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