高速铣削加工
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作者: 徐东兵
摘要:高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术,它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。高速切削是实现高效率制造的核心技术,工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说,高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。
关键词:高速切削;加工;模具加工;刀具;工艺
中图分类号:G640文献标识码:A文章编号:1003-2851(2010)10-0251-01
一、高速铣削加工
(一)高速铣削加工机床为了实现高速切削加工。一般采用高柔性的高速数控机床、加工中心,也有的采用专用的高速铣、钻床。机床同时具有高速主轴系统和高速进给系统,高的主轴刚度特性,高精度定位功能和高精度插补功能,特别是圆弧高精度插补功能。高速切削加工对机床的工艺系统提出了更高的要求,主要表现在以下几个方面:
高速铣削机床必须具有高速主轴,主轴的转速10000~100000m/min,功率大于15kW。还应具有快速升速、在指定位置快速准停的性能。主轴的轴向间隙不大于0.0002m m 。高速主轴常采用液体静压轴承式、空气静压轴承式、混合陶瓷轴承、磁悬浮轴承式等结构形式。主轴冷却一般采用内部水冷或气冷。
高速加工机床的驱动系统应能够提供40～60m/min 的进给速度,具有良好的加速度特性,能够提供0.4m/s2 到10m/s2的加速度和减速度。为了获得良好的加工质量,高速切削机床必须具有足够高的刚度。机床床身材料采用灰铸铁,还可以在底座中添加高阻尼特性的混凝土,以防止切削时刀具颤振影响加工质量。具有高速数据传输率,能够自动加减速。加工工艺有利于切削加工和提高刀具寿命。目前高速机床的厂家,通常在普通机床上进行低速、大进给的粗加工,然后进行热处理,最后在高速机床上进行半精加工和精加工,在提高精度和效率的同时尽可能地降低加工成本。
(二)高速切削加工刀具。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,因此其硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性、工艺性能和经济性等基本性能是实现高速加工的关键因素之一。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。立方氮化硼具有很高的硬度、极强的耐磨性和良好的导热性,与铁族元素之间有很大的惰性,在1300℃也不会发生显著的化学作用,还具有良好的稳定性。实验表明,用CBN 刀具切削硬度HRC35～67 的淬火钢可以达到很高速度。陶瓷材料具有良好的耐磨性和热化学稳定性,其硬度、韧性低于CBN ,可用于加工硬度HRC < 50的零件。硬质合金刀具耐磨性好,但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。采用刀具涂层技术,可以提高刀具硬度和切削加工的速度,适合切削硬度在HRC40～50 之间的工件。可用于耐热合金、钛合金、高温合金、铸铁、纯钢、铝合金及复合材料的高速切削,应用最为广泛。精密加工有色金属或非金属材料时,选用聚晶金刚石或金刚石涂层刀具。
(三) 高速加工工艺。高速切削的工艺技术也是进行高速切削加工的关键。切削方法选择不当,会使刀具加剧磨损,达不到高速加工的目的。只有高速机床和刀具没有好的工艺技术指导,高速切削加工设备也不能充分发挥作用。在高速切削加工中,应尽量选用顺铣加工,顺铣时刀具切入工件的切屑厚度为最大,随后逐渐减小。高速切削加工适于浅的切深,切削深度不超过0.2mm,可避免刀具的位置偏差,确保加工零件的几何精度。保证工件上的切削载荷恒定,以获得好的加工质量。高速切削采用单一路径顺铣切削模式,尽量不中断切削过程和刀具路径,减少刀具的切入切出次数,以获得相对稳定的切削过程。减少刀具的急速换向,在换向时NC机床必须立即停止或降速,再执行下一步操作。由于机床的加速度限制,易造成时间浪费,而且急停或急动会破坏表面精度。在模具的高速精加工中,在每次切入、切出工件时,进给方向的改变应尽量采用圆弧或曲线转接,避免采用直线转接,以保持切削过程的平稳性。
二、高速铣削在模具加工中的应用
高速铣削作为高效切削加工的新方法,在模具制造中得到了广泛应用。在常规生产连杆锻模时,用电火花加工型腔需12～15h,电极制作2h。改用高速铣削后,采用高速立铣刀对硬度HRC60的淬硬工具钢进行加工。整个锻模加工只需3h20min,工效提高4～5 倍,加工表面粗糙度达Ra0.5～0.6m ,质量完全符合要求。高速切削技术是切削加工技术的主要发展方向之一,目前主要应用于汽车工业和模具行业,尤其是在加工复杂曲面、工件本身或刀具刚性要求较高的加工领域等,是多种先进加工技术的集成,其高效、高质量为人们所推崇。它不仅涉及到高速加工工艺,而且还包括高速加工机床、数控系统、高速切削刀具及CAD / CAM 技术等。模具高速加工技术目前已在发达国家的模具制造业中普遍应用,而在我国的应用范围及应用水平仍有待提高,由于其具有传统加工无可比拟的优势,仍将是今后加工技术必然的发展方向。
三、结语
高速切削加工是一项先进的、正在发展的综合技术,必须将高性能的高速切削机床、与工件材料相适应的刀具和对于具体加工对象最佳的加工工艺技术相结合,充分发挥高速切削技术的优势。高速切削工具技术也是一项关键技术,为了适应和推动我国高速切削技术的发展,我们应该充分认识到,工具制造是一个高技术含量的行业,应加强该领域的基础研究、工程研究和应用研究。
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