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高速切削加工对刀柄和刀具的要求

时间:2017-06-27 08:41   作者:admin 点击: 次
由于高速切削加工时离心力和振动的影响,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。由于高速切削加工时较大的离心力和振动等特点,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,影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是HSK高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统,刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触,其刚性较好,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。由于此类加热系统比较昂贵,在初期时采用HSK类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过3台以上时,采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。 
 
   刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一,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。高速切削加工的刀具技术发展速度很快,应用较多的如金刚石(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。 
 
   在加工铸铁和合金钢的切削刀具中,硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具耐磨性好,但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度,采用刀具涂层技术,涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多种涂层材料的涂层,已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在10~40mm范围内,且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于42的材料,而氮化钛铝涂层的刀具能够加工洛氏硬度为42甚至更高的材料。高速切削钢材时,刀具材料应选用热硬性和疲劳强度高的P类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼(CBN)与CBN复合刀具材料(WBN)等。切削铸铁,应选用细晶粒的K类硬质合金进行粗加工,选用复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时,应选用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具。选择切削参数时,针对圆刀片和球头铣刀,应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具的前角要小,后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角,来增大刀尖角,防止刀尖处热磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积,提高刀具刚性。在保证安全和满足加工要求的条件下,刀具悬伸尽可能短,刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮,连接柄呈倒锥状,以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要考虑有效切削长度,刃口要尽量短,两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面,四螺旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。 
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