高速高精度切削：加工技术重要发展趋势 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-02 原文发表时间:2007-07-03 人气:1

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随着时代发展，效率成了效益的最根本因素，我们正处于制造技术快速发展的时期，切削加工已成为制造技术的主要基础工艺。随着制造技术的发展，切削加工工艺已进入了以发展高速、高精度切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特徵的发展新阶段。目前，采用高速切削生产模具已经成为模具制造的重要趋势，高速切削逐渐取代电火花精加工模具，在国外的模具制造企业已经普遍采用，可以明显提高效率。与此同时，因加工之模具多改用预硬钢材并要求一步到位而不用人手打磨或电火花加工，铣削的加工精度便直接影响整体加工时间。

高精度铣削的一般加工精度为l0μｍ，有的还可更高，又可分为三个档次：普通级为5μｍ，高精密级从3~5μｍ至1~1.5μｍ，超精密级可达0.0lμｍ。

高速高精度切削不仅影响工艺本身，而且也对刀具、夹具和机床提出高要求，以下将详述有关的影响和要求。

对工件的要求

工件钢材在炼制过程中多少会掺有杂质，这些杂质会造成切削过程的振刀现象使刀刃崩损。热处理淬火过程亦会造成硬度不均匀，如是粗加工后淬火加硬再进行精加工，工件尺寸和几何形状的变形对后期精加工精度有很大影响。工件须要有稳定和低震动安装，避免因震动使刀具磨损影响精度。

对刀具的要求

由于高速切削加工时有较大离心力和受振动等的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重复定位精度，以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。传统的7:24锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离而出现动不平衡，这种7:24锥度刀柄不适合高速切削使用。目前高速切削应用较多的是双面接触空心短锥刀柄HSK或 BIG-PLUS双面接触高速刀柄。

国外现今刀具的夹紧最新趋势是采用冷缩式夹紧结构（或称热装式），装夹时利用感应或热风加热使刀杆孔膨胀，取出旧刀具，装入新刀具，然后采用风冷使刀具冷却到室温，利用刀杆孔与刀具外径的过盈配合夹紧。这种结构刀具的径向跳动在4μm，刚性高，动平衡性好，夹紧力大，高转速下仍能保持高涟那祢i靠性，特别适用于更高转速的高精度铣削加工。但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具，整个系统比较昂贵。

刀具涂层技术是切削加工中重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速高精切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、（碳）氮化钛硬质合金TIC(N)等。

刀具除了需要有良好的刀具材料、优良的刀具涂层技术、合理的几何结构参数和高同心度的刀刃精度质量等因素外，还需特别注意其它因素对刀具耐用度的影响，以免直接影响加工精度。

对切削工艺的要求

切削工艺主要包括：适合高速切削的加工走刀方式、专门的CAD/CAM编程策略、优化的高速加工参数、充分冷却润滑并具有环保特性的冷却方式等。

高速切削的加工方式原则上多采用分层环切加工，一般使用斜线轨迹进刀方式，直接垂直向下进刀极易出现崩刃现象，因此不宜采用；斜线轨迹进刀方式的铣削力是逐渐增大的，因此对刀具和主轴的冲击比垂直下刀小，可明显减少下刀崩刃的现象。螺旋式轨迹进刀方式采用螺旋向下切入，最适合型腔高速加工的需要。

CAD/CAM编程原则上是尽可能保持恒定的刀具载荷，把进给速率变化降到最低，使程序处理速度最大化。主要方法有：尽可能减少程序块，提高程序处理速度；在程序段中可加入一些圆弧过渡段，尽可能减少速度的急剧变化；粗加工不是简单的去除材料，要注意保证本工序和后续工序加工余量均匀，尽可能减少铣削负荷的变化；多采用分层顺铣方式；切入和切出尽量采用连续的螺旋和圆弧轨迹进行切向进刀，以保证恒定的切削条件；充分利用数控系统提供的仿真验证功能。零件在加工前必须经过仿真、验证：(1)刀位数据的正确性、(2)刀具各部位是否与零件发生干涉、(3)刀具与夹具附件是否发生碰撞。确保产品质量和操作安全。

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