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(dòng)直接影響加工表面質(zhì)量。所以，在高速銑（HSM）精加工過(guò)程中保持均勻的切削力特性，避免刀具振動(dòng)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(zhǎng)度有利于獲得較好的剛性（相對(duì)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

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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(duì)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(guò)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。

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。

如果對(duì)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(duì)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(guò)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(zhǎng)。

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(dòng)和對(duì)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(guò)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。

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因此，多種成分的涂層系統(tǒng)被研制出來(lái)，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

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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(huì)因離心力增大而進(jìn)入主軸。

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動(dòng)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(dòng)和安全的過(guò)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(duì)刀具和刀柄裝置進(jìn)行動(dòng)平衡并對(duì)其同軸度進(jìn)行檢查是至關(guān)重要的。還必須考慮與動(dòng)平衡質(zhì)量有關(guān)的旋轉(zhuǎn)速度極限。

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

•  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

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加工過(guò)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：

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與完美同軸度相比無(wú)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

動(dòng)平衡質(zhì)量對(duì)整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)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(duì)表面質(zhì)量有非常高的要求。

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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

不建議使用替代系統(tǒng)如 Weldon 連接器，因?yàn)樗鼈冊(cè)?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(guò)程帶來(lái)好的效果，因此，可以達(dá)到極高的剛性和重復(fù)精度。這對(duì)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。

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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