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在模具制造領(lǐng)域的常見問題解答

發(fā)布時(shí)間：2011-02-16 11:34:37

選擇模具鋼時(shí)什么是最重要的和最具有決定性意義的因素？

影響材料可切削性的首要因素是什么？

模具制造的生產(chǎn)成本由哪些部分組成？

鑄鐵的切削特性是什么？

什么是模具制造中主要的、共同的加工工序？

在這些不同的工序中應(yīng)主要使用何種刀具？

在切削工藝中有沒有一個(gè)最重要的因素？

為什么最經(jīng)常將圓刀片銑刀作為模具粗加工刀具的首選？

什么是有效切削速度(ve)和為什么它對高生產(chǎn)率非常重要？

對于成功的淬硬模具鋼銑削來說，重要的應(yīng)用參數(shù)有哪些？

什么時(shí)候應(yīng)采用順銑，什么時(shí)候應(yīng)采用逆銑？

仿形銑削還是等高線切削？

為什么有的銑刀上必須有不同的齒距？

為了獲得最佳性能，銑刀應(yīng)怎樣定位？

為了消除切削過程中的振動(dòng)，應(yīng)采取什么措施？

為了使刀具平衡，應(yīng)采取的最重要措施有哪些？

在常規(guī)和高速切削應(yīng)用中，為了得到盡可能好的效果，我應(yīng)使用何種刀柄？

18) 我應(yīng)怎樣切削轉(zhuǎn)角才能沒有振動(dòng)的危險(xiǎn)？

什么是開始切削型腔的最佳方法？

高速切削的定義是什么？

高速切削的目標(biāo)是什么？

高速切削的實(shí)際優(yōu)點(diǎn)是什么？

高速切削有風(fēng)險(xiǎn)或缺點(diǎn)嗎？

高速切削對機(jī)床有哪些要求？

高速切削對切削刀具的典型特性或要求有哪些？

成形方法 －可從兩種基本材料類型中選擇。
1. 熱加工工具鋼，它能承受模鑄、鍛造和擠壓時(shí)的相對高的溫度。
2. 冷加工工具鋼，它用于下料和剪切、冷成形、冷擠壓、冷鍛和粉末加壓成形。
塑料－一些塑料會產(chǎn)生腐蝕性副產(chǎn)品，例如PVC塑料。長時(shí)間的停工引起的冷凝、腐蝕性氣體、酸、冷卻/加熱、水或儲存條件等因素也會產(chǎn)生腐蝕。在這些情況下，推薦使用不銹鋼材料的模具鋼。
模具尺寸 －大尺寸模具常常使用預(yù)硬鋼。整體淬硬鋼常常用于小尺寸模具。
模具使用次數(shù) －長期使用(>1,000,000次)的模具應(yīng)使用高硬度鋼，其硬度為48－65 HRC。中等長時(shí)間使用(100,000到1,000,000次)的模具應(yīng)使用預(yù)硬鋼，其硬度為30－45 HRC。短時(shí)間使用(<100,000次)的模具應(yīng)使用軟鋼，其硬度為160－250 HB。
表面粗糙度 －許多塑料模具制造商對好的表面粗糙度感興趣。當(dāng)添加硫改善金屬切削性能時(shí)，表面質(zhì)量會因此下降。硫含量高的鋼也變得更脆。

鋼的化學(xué)成分很重要。鋼的合金成分越高，就越難加工。當(dāng)碳含量增加時(shí)，金屬切削性能就下降。

鋼的結(jié)構(gòu)對金屬切削性能也非常重要。不同的結(jié)構(gòu)包括：鍛造的、鑄造的、擠壓的、軋制的和已切削加工過的。鍛件和鑄件有非常難于加工的表面。

硬度是影響金屬切削性能的一個(gè)重要因素。一般規(guī)律是鋼越硬，就越難加工。高速鋼(HSS)可用于加工硬度最高為330-400 HB的材料；高速鋼+鈦化氮(TiN)涂層，可加工硬度最高為45 HRC的材料；而對于硬度為65-70 HRC的材料，則必須使用硬質(zhì)合金、陶瓷、金屬陶瓷和立方氮化硼(CBN)。

非金屬參雜一般對刀具壽命有不良影響。例如Al₂O₃(氧化鋁)，它是純陶瓷，有很強(qiáng)的磨蝕性。

最后一個(gè)是殘余應(yīng)力，它能引起金屬切削性能問題。常常推薦在粗加工后進(jìn)行應(yīng)力釋放工序。

粗略地說，成本的分布情況如下：

切削 65%
工件材料 20%
熱處理 5%
裝配/調(diào)整 10%

這也非常清楚地表明了良好的金屬切削性能和優(yōu)良的總體切削解決方案對模具的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的重要性。

一般來說，它是：

鑄鐵的硬度和強(qiáng)度越高，金屬切削性能越低，從刀片和刀具可預(yù)期的壽命越低。用于金屬切削生產(chǎn)的鑄鐵其大部分類型的金屬切削性能一般都很好。金屬切削性能與結(jié)構(gòu)有關(guān)，較硬的珠光體鑄鐵其加工難度也較大。片狀石墨鑄鐵和可鍛鑄鐵有優(yōu)良的切削屬性，而球墨鑄鐵相當(dāng)不好。

加工鑄鐵時(shí)遇到的主要磨損類型為：磨蝕、粘結(jié)和擴(kuò)散磨損。磨蝕主要由碳化物、沙粒參雜物和硬的鑄造表皮產(chǎn)生。有積屑瘤的粘結(jié)磨損在低的切削溫度和切削速度條件下發(fā)生。鑄鐵的鐵素體部分最容易焊接到刀片上，但這可用提高切削速度和溫度來克服。

在另一方面，擴(kuò)散磨損與溫度有關(guān)，在高切削速度時(shí)產(chǎn)生，特別是使用高強(qiáng)度鑄鐵牌號時(shí)。這些牌號有很高的抗變型能力，導(dǎo)致了高溫。這種磨損與鑄鐵和刀具之間的作用有關(guān)，這就使得一些鑄鐵需用陶瓷或立方氮化硼(CBN)刀具在高速下加工，以獲得良好的刀具壽命和表面質(zhì)量。

一般對加工鑄鐵所要求的典型刀具屬性為：高熱硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，但也與工序、工件和切削條件有關(guān)；要求切削刃有韌性、耐熱疲勞磨損和刃口強(qiáng)度。切削鑄鐵的滿意程度取決于切削刃的磨損如何發(fā)展：快速變鈍意味著產(chǎn)生熱裂紋和缺口而使切削刃過早斷裂、工件破損、表面質(zhì)量差、過大的波紋度等。正常的后刀面磨損、保持平衡和鋒利的切削刃正是一般需要努力做到的。

切削過程至少應(yīng)分為3個(gè)工序類型：

粗加工、半精加工和精加工，有時(shí)甚至還有超精加工(大部分是高速切削應(yīng)用)。殘余量銑削當(dāng)然是在半精加工工序后為精加工而準(zhǔn)備的。在每一個(gè)工序中都應(yīng)努力做到為下一個(gè)工序留下均勻分布的余量，這一點(diǎn)非常重要。如果刀具路徑的方向和工作負(fù)載很少有快速的變化，刀具的壽命就可能延長，并更加可預(yù)測。如果可能，就應(yīng)在專用機(jī)床上進(jìn)行精加工工序。這會在更短的調(diào)試和裝配時(shí)間內(nèi)提高模具的幾何精度和質(zhì)量。

粗加工工序：圓刀片銑刀、球頭立銑刀及大刀尖圓弧半徑的立銑刀。：圓刀片銑刀(直徑范圍為10－25 mm的圓刀片銑刀)，球頭立銑刀。：圓刀片銑刀、球頭立銑刀。：圓刀片銑刀、球頭立銑刀、直立銑刀。
半精加工工序
精加工工序
殘余量銑削工序

通過選擇專門的刀具尺寸、槽形和牌號組合，以及切削參數(shù)和合適的銑削策略，來優(yōu)化切削工藝，這非常重要。

切削過程中一個(gè)最重要的目標(biāo)是在每一個(gè)工序中為每一種刀具創(chuàng)建均勻分布的加工余量。這就是說，必須使用不同直徑的刀具(從大到小)，特別是在粗加工和半精加工工序中。任何時(shí)候主要的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是在每個(gè)工序中與模具的最終形狀盡可能地相近。

為每一種刀具提供均勻分布的加工余量保證了恒定而高的生產(chǎn)率和安全的切削過程。當(dāng)ap/ae(軸向切削深度/徑向切削深度)不變時(shí)，切削速度和進(jìn)給率也可恒定地保持在較高水平上。這樣，切削刃上的機(jī)械作用和工作負(fù)載變化就小，因此產(chǎn)生的熱量和疲勞也少，從而提高了刀具壽命。如果后面的工序是一些半精加工工序，特別是所有精加工工序，就可進(jìn)行無人加工或部分無人加工。恒定的材料加工余量也是高速切削應(yīng)用的基本標(biāo)準(zhǔn)。

恒定的加工余量的另一個(gè)有利的效應(yīng)是對機(jī)床——導(dǎo)軌、球絲杠和主軸軸承的不利影響小。

如果使用方肩銑刀進(jìn)行型腔的粗銑削，在半精加工中就要去除大量的臺階狀切削余量。這將使切削力發(fā)生變化，使刀具彎曲。其結(jié)果是給精加工留下不均勻的加工余量，從而影響模具的幾何精度。如果使用刀尖強(qiáng)度較弱的方肩銑刀(帶三角形刀片)，就會產(chǎn)生不可預(yù)測的切削效應(yīng)。三角形或菱形刀片還會產(chǎn)生更大的徑向切削力，并且由于刀片切削刃的數(shù)量較少，所以他們是經(jīng)濟(jì)性較差的粗加工刀具。

另一方面，圓刀片可在各種材料中和各個(gè)方向上進(jìn)行銑削，如果使用它，在相鄰刀路之間過渡較平滑，也可以為半精加工留下較小的和較均勻的加工余量。圓刀片的特性之一是他們產(chǎn)生的切屑厚度是可變的。這就使它們可使用比大多數(shù)其它刀片更高的進(jìn)給率。圓刀片的主偏角從幾乎為零(非常淺的切削)改變到90度，切削作用非常平穩(wěn)。在切削的最大深度處，主偏角為45度，當(dāng)沿帶外圓的直壁仿形切削時(shí)，主偏角為90度。這也說明了為什么圓刀片刀具的強(qiáng)度大——切削負(fù)載是逐漸增大的。粗加工和半粗加工應(yīng)該總將圓刀片銑刀作為首選。在5軸切削中，圓刀片非常適合，特別是它沒有任何限制。

通過使用良好的編程，圓刀片銑刀在很大程度上可代替球頭立銑刀。跳動(dòng)量小的圓刀片與精磨的的、正前角和輕切削槽形相結(jié)合，也可以用于半精加工和一些精加工工序。

切削中，實(shí)際或有效直徑上的有效切削速度的基本計(jì)算總是非常重要。由于臺面進(jìn)給量取決于一定切削速度下的轉(zhuǎn)速，如果未計(jì)算有效速度，臺面進(jìn)給量就會計(jì)算錯(cuò)誤。

如果在計(jì)算切削速度時(shí)使用刀具的名義直徑值(Dc)，當(dāng)切削深度淺時(shí)，有效或?qū)嶋H切削速度要比計(jì)算速度低得多。如圓刀片刀具(特別是在小直徑范圍)、球頭立銑刀、大刀尖圓弧半徑立銑刀和90°立銑刀之類的刀具。由此，計(jì)算得到的進(jìn)給率也低得多，這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)率。更重要的是，刀具的切削條件低于它的能力和推薦應(yīng)用范圍。

當(dāng)進(jìn)行3D切削時(shí)，切削時(shí)的直徑在變化，它與模具的幾何形狀有關(guān)。此問題的一個(gè)解決方案是定義模具的陡壁區(qū)域和幾何形狀淺的零件區(qū)域。如果對每個(gè)區(qū)域編制專門的CAM程序和切削參數(shù)，就可以達(dá)到良好的折中和結(jié)果。

使用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時(shí)，一個(gè)需遵守的主要因素是采用淺切削。切削深度應(yīng)不超過0.2/0.2 mm(ap/ae：軸向切削深度/徑向切削深度)。這是為了避免刀柄/切削刀具的過大彎曲和保持所加工模具擁有小的公差和高精度。

選擇剛性很好的夾緊系統(tǒng)和刀具也非常重要。當(dāng)使用整體硬質(zhì)合金刀具時(shí)，采用有最大核心直徑(最大抗彎剛性)的刀具非常重要。一條經(jīng)驗(yàn)法則是，如果將刀具的直徑提高20%，例如從10 mm提高到12 mm，刀具的彎曲將減小50%。也可以說，如果將刀具懸伸/伸出部分縮短20%，刀具的彎曲將減小50%。大直徑和錐度的刀柄進(jìn)一步提高了剛度。當(dāng)使用可轉(zhuǎn)位刀片的球頭立銑刀時(shí)，如果刀柄用整體硬質(zhì)合金制造，抗彎剛性可以提高3－4倍。

當(dāng)用高速銑對淬硬模具鋼進(jìn)行精加工時(shí)，選擇專用槽形和牌號也非常重要。選擇像TiAlN這樣有高熱硬度的涂層也非常重要。

主要建議是：盡可能多使用順銑。

當(dāng)切削刃剛進(jìn)行切削時(shí)，在順銑中，切屑厚度可達(dá)到其最大值。而在逆銑中，為最小值。一般來說，在逆銑中刀具壽命比在順銑中短，這是因?yàn)樵谀驺娭挟a(chǎn)生的熱量比在順銑中明顯地高。在逆銑中當(dāng)切屑厚度從零增加到最大時(shí)，由于切削刃受到的摩擦比在順銑中強(qiáng)，因此會產(chǎn)生更多的熱量。逆銑中徑向力也明顯高，這對主軸軸承有不利影響。

在順銑中，切削刃主要受到的是壓縮應(yīng)力，這與逆銑中產(chǎn)生的拉力相比，對硬質(zhì)合金刀片或整體硬質(zhì)合金刀具的影響有利得多。當(dāng)然也有例外。當(dāng)使用整體硬質(zhì)合金立銑刀進(jìn)行側(cè)銑(精加工)時(shí)，特別是在淬硬材料中，逆銑是首選。這更容易獲得更小公差的壁直線度和更好的90度角。不同軸向走刀之間如果有不重合的話，接刀痕也非常小。這主要是因?yàn)榍邢髁Φ姆较颉?如果在切削中使用非常鋒利的切削刃，切削力便趨向?qū)⒌?ldquo;拉”向材料。可以使用逆銑的另一個(gè)例子是，使用老式手動(dòng)銑床進(jìn)行銑削，老式銑床的絲杠有較大的間隙。逆銑產(chǎn)生消除間隙的切削力，使銑削動(dòng)作更平穩(wěn)。

在型腔銑削中，保證順銑刀具路徑成功的最好方法是采用等高線銑削路徑。銑刀(例如球頭立銑刀)外圓沿等高線銑削常常得到高生產(chǎn)率，這是因?yàn)樵谳^大的刀具直徑上，有更多的齒在切削。如果機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速受到限制，等高線銑削將幫助保持切削速度和進(jìn)給率。采用這種刀具路徑，工作負(fù)載和方向的變化也小。在高速銑應(yīng)用和淬硬材料加工中，這特別重要。這是因?yàn)槿绻邢魉俣群瓦M(jìn)給量高的話，切削刃和切削過程便更容易受到工作負(fù)載和方向改變的不利影響，工作負(fù)載和方向的變化會引起切削力和刀具彎曲的變化。應(yīng)盡可能避免沿陡壁的仿形銑削。下仿形銑削時(shí)，低切削速度下的切屑厚度大。在球頭刀中央，還有刃口崩碎的危險(xiǎn)。如果控制差，或機(jī)床無預(yù)讀功能，就不能足夠快地減速，最容易在中央發(fā)生刃口崩碎的危險(xiǎn)。沿陡壁的上仿形銑削對切削過程較好一些，這是因?yàn)樵谟欣那行妓俣认拢行己穸葹槠渥畲笾怠?

為了得到最長的刀具壽命，在銑削過程中應(yīng)使切削刃盡可能長時(shí)間地保持連續(xù)切削。如果刀具進(jìn)入和退出太頻繁，刀具壽命會明顯縮短。這會使切削刃上的熱應(yīng)力和熱疲勞加劇。在切削區(qū)域有均勻和高的溫度比有大的波動(dòng)對現(xiàn)代硬質(zhì)合金刀具更有利。仿形銑削路徑常常是逆銑和順銑的混合(之字形)，這意味切削中會頻繁地吃刀和退刀。這種刀具路徑對模具質(zhì)量也有不好的影響。每次吃刀意味刀具彎曲，在表面上便有抬起的標(biāo)記。當(dāng)?shù)毒咄顺鰰r(shí)，切削力和刀具的彎曲減小，在退出部分會有輕微的材料“過切削”。

銑刀是多切削刃刀具，齒數(shù)(z)是可改變的，有一些因素可以幫助確定用于不同加工類型的齒距或齒數(shù)。材料、工件尺寸、總體穩(wěn)定性、懸伸尺寸、表面質(zhì)量要求和可用功率就是與加工有關(guān)的因素。與刀具有關(guān)的因素包括足夠的每齒進(jìn)給量、至少同時(shí)有兩個(gè)齒在切削以及刀具的切屑容量，這些僅是其中的一小部分。

銑刀的齒距(u)是刀片切削刃上的點(diǎn)到下一個(gè)切削刃上同一個(gè)點(diǎn)的距離。銑刀分為疏、密和超密齒距銑刀，許多國外廠商銑刀都有這3個(gè)選項(xiàng)。密齒距是指有較多的齒和適當(dāng)?shù)娜菪伎臻g，可以以高金屬去除率切削。一般用于鑄鐵和鋼的中等負(fù)載銑削。密齒距是通用銑刀的首選，推薦用于混合生產(chǎn)。

疏齒距是指在銑刀圓周上有較少的齒和有大的容屑空間。疏齒距常常用于鋼的粗加工到精加工，在鋼加工中振動(dòng)對加工結(jié)果影響很大。疏齒距是真正有效的問題解決方案，它是長懸伸銑削、低功率機(jī)床或其它必須減小切削力應(yīng)用的首選。

超密齒距刀具的容屑空間非常小，可以使用較高的工作臺進(jìn)給。這些刀具適合于間斷的鑄鐵表面的切削、鑄鐵粗加工和鋼的小余量切削，例如側(cè)銑。它們也適合于必須保持低切削速度的應(yīng)用。銑刀還可以有均勻的或不等的齒距。后者是指刀具上齒的間隔不相等，這也是解決振動(dòng)問題的有效方法。

當(dāng)存在振動(dòng)問題時(shí)，推薦盡可能采用疏齒不等齒距銑刀。由于刀片少，振動(dòng)加劇的可能性就小。小的刀具直徑也可改善這種情況。應(yīng)使用能很好適應(yīng)的槽形和牌號的組合——鋒利的切削刃和韌性好的牌號組合。

切削長度會受到銑刀位置的影響。刀具壽命常常與切削刃必須承擔(dān)的切削長度有關(guān)。定位于工件中央的銑刀其切削長度短，如果使銑刀在任一方向偏離中心線，切削的弧就長。要記住，切削力是如何作用的，必須達(dá)到一個(gè)折中。在刀具定位于工件的中央的情況下，當(dāng)?shù)镀邢魅羞M(jìn)入或退出切削時(shí)，徑向切削力的方向就隨之改變。機(jī)床主軸的間隙也使振動(dòng)加劇，導(dǎo)致刀片振動(dòng)。

通過使刀具偏離中央，就會得到恒定的和有利的切削力方向。懸伸越長，克服所有可能的振動(dòng)也就越重要。

當(dāng)存在振動(dòng)問題時(shí)，基本措施是減小切削力。這可通過使用正確的刀具、方法和切削參數(shù)達(dá)到。

遵守下面的已證明有效的建議：

選擇疏齒距或不等齒距銑刀。
使用正前角、小切削力刀片槽形。
盡可能使用小銑刀。當(dāng)使用減震接桿進(jìn)行銑削時(shí)，這一點(diǎn)特別重要。
使用小切削刃鈍化半徑(ER)的刀片。從厚涂層到薄涂層。如需要可使用非涂層刀片。應(yīng)使用基體為細(xì)晶顆粒的高韌性刀片牌號。
使用大的每齒進(jìn)給。降低轉(zhuǎn)速，保持工作臺進(jìn)給量(等于較大的每齒進(jìn)給量)。或保持轉(zhuǎn)速并提高工作臺進(jìn)給量(較大的每齒進(jìn)給量)。切勿減小每齒進(jìn)給量！
減小徑向和軸向切削深度。
選擇穩(wěn)定的刀柄，如可樂滿Capto或肯納的KM。使用盡可能大的接柄尺寸，以獲得最佳穩(wěn)定性。使用錐度加長桿，以獲得最大剛性。
對于大懸伸，使用與疏齒距不等齒距銑刀結(jié)合的減震接桿。安裝銑刀時(shí)，使銑刀與減震接柄直接連接。
使銑刀偏離工件中心。
如果使用偶數(shù)齒的刀具——可每隔一齒拆下一個(gè)刀片。

在整個(gè)切削過程中，為達(dá)到刀具平衡牽涉到的典型步驟如下：

測量刀具/刀柄組件的不平衡。
通過變更刀具、切削它以去除一些質(zhì)量，或移動(dòng)刀柄上的配重來降低不平衡。
經(jīng)常必須重復(fù)這些步驟，包括再次檢查刀具、再次精確調(diào)整，直到達(dá)到平衡。
刀具平衡還牽涉到幾個(gè)未討論過的工藝中的不穩(wěn)定性。其中之一是刀柄與主軸之間的配合問題。其原因是夾緊時(shí)常常有可測量的間隙，也可能是錐柄上有切屑或臟污。這會造成錐柄每次定位都不相同。即使刀具、刀柄和主軸在各個(gè)方面的狀態(tài)都很好，但如果存在沾污，也會造成不平衡。為了平衡刀具，必須會增加切削過程中的成本，如果刀具平衡對降低成本非常重要，就應(yīng)并對每種的具體情況進(jìn)行分析。

但是，為了很好地平衡刀具，在選擇正確的刀具時(shí)還有許多工作要做。以下幾點(diǎn)是選擇刀具時(shí)應(yīng)給予考慮的：

購買高質(zhì)量的刀具與刀柄。應(yīng)選擇預(yù)先已消除了不平衡的刀柄。
最好使用短的和盡可能輕的刀具。
定期檢驗(yàn)刀具和刀柄，檢查是否有疲勞螺紋和變形的征兆。

工藝能接受的刀具不平衡由工藝自身的情況來確定。這些情況包括切削過程的切削力、機(jī)床的平衡狀況及這兩個(gè)因素彼此相互影響的程度。試驗(yàn)是找到最佳平衡的最好方法。用不同的不平衡值運(yùn)行幾次，例如從不平衡值為20克毫米或更低開始。每次運(yùn)行后，再用更加平衡的刀具重復(fù)試驗(yàn)。最佳平衡應(yīng)該是這樣的一個(gè)點(diǎn)：超過這個(gè)點(diǎn)后，進(jìn)一步提高刀具平衡不會提高工件的表面質(zhì)量；或是這樣的一個(gè)點(diǎn)：在此點(diǎn)上工藝能易于保證規(guī)定的工件公差。

關(guān)鍵是始終將重點(diǎn)放在工藝上，而不是將動(dòng)平衡等級-G值或其它任意確定的平衡值作為目標(biāo)。此目標(biāo)應(yīng)為達(dá)到效率盡可能高的工藝。這牽涉到權(quán)衡刀具平衡的成本和因此而獲得的好處，因此應(yīng)在成本與好處之間合理地進(jìn)行平衡。

關(guān)于刀具平衡更詳細(xì)的技術(shù)信息，請與當(dāng)?shù)氐牡毒吖敬砺?lián)系。

高速加工時(shí)，離心力非常大，會導(dǎo)致主軸孔慢慢變大。這對一些V形法蘭的刀柄會產(chǎn)生負(fù)面影響，因?yàn)閂形法蘭的刀柄僅在徑向面上與主軸孔接觸。主軸孔變大會使刀具在拉桿恒定的拉力作用下被拉入主軸。這甚至?xí)鸬毒哒匙』騔軸方向的尺寸精度降低。

與主軸孔和端面同時(shí)接觸的刀具，即徑向和軸向同時(shí)配合的刀具更適用于高速下的切削。當(dāng)主軸孔擴(kuò)大時(shí)，端面接觸可避免刀具在主軸孔內(nèi)向上的移動(dòng)。使用空心刀柄的刀具也容易受離心力的影響，但它們已設(shè)計(jì)成在高速下隨主軸孔的增大而增大。刀具和主軸在徑向和軸向都接觸提供了良好的夾緊剛性，使刀具可以進(jìn)行高速切削。采用獨(dú)有的橢圓三棱短錐設(shè)計(jì)的可樂滿Capto接口在傳遞扭矩和高生產(chǎn)率切削時(shí)，具有更優(yōu)秀的性能。

**高主軸轉(zhuǎn)速時(shí)主軸表面接觸的對照表**
主軸轉(zhuǎn)速	ISO 40	HSK 50A	Coromant Capto C5
0	100%	100%	100%
20 000	100%	95%	100%
25 000	37%	91%	99%
30 000	31%	83%	95%
35 000	26%	72%	91%
40 000	26%	67%	84%

當(dāng)安排高速切削時(shí)，應(yīng)盡量使用由對稱的刀具和刀柄組合而成的刀具系統(tǒng)。有幾種可用的不同刀具系統(tǒng)。先將刀柄加熱使孔擴(kuò)張，待它們冷卻后刀具就被夾緊了，這就是過盈配合系統(tǒng)。對于高速切削來說，這是最好和最可靠的固定刀具方法。這首先是因?yàn)樗奶鴦?dòng)量非常??；第二，這種連接能傳遞大扭矩；第三，它很容易構(gòu)建定制刀具和刀具組件；最后，用這種方法組成的刀具組件有極高的總體剛性。

另一種出眾并非常通用的刀具夾緊裝置是可樂滿高精度強(qiáng)力夾頭——CoroGrip。這種刀柄系統(tǒng)覆蓋了從粗加工到超精加工的所有應(yīng)用。一個(gè)夾頭可夾緊使用直柄、惠氏刻槽或側(cè)壓式刀柄的面銑刀到鉆頭的所有類型的刀具。標(biāo)準(zhǔn)彈簧夾套，如可用液壓(HydroGrip)、BIG、Nikken、NT的彈簧夾套，均可用于CoroGrip夾頭。在4XD處的跳動(dòng)量僅為0.002 – 0.006 mm。夾緊力和扭矩傳遞特別高，其平衡設(shè)計(jì)使它用于高速切削(< 40 000r/min)時(shí)有非常完美的性能。

傳統(tǒng)的切削轉(zhuǎn)角的方法是使用線性切削(G1),在轉(zhuǎn)角的過渡不連續(xù)。這就是說，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)角落時(shí)，由于線性軸的動(dòng)力特性限制，刀具必須減速。在電機(jī)改變進(jìn)給方向前，有一短暫的停頓，這會產(chǎn)生大量的熱量和摩擦。很長的接觸長度會導(dǎo)致切削力的不穩(wěn)定，并常常使角落切削不足。典型的結(jié)果是振動(dòng)——刀具越大和越長，或刀具總懸伸越大，振動(dòng)越強(qiáng)。

此問題的最佳解決方案：

使用圓角半徑比轉(zhuǎn)角半徑小的刀具。使用圓弧插補(bǔ)生成角落。這種加工方法在塊的邊界處不會產(chǎn)生停頓，這就是說，刀具的運(yùn)動(dòng)提供了光滑和連續(xù)的過渡，產(chǎn)生振動(dòng)的可能性大大地降低了。
另一種解決方案是通過圓弧插補(bǔ)產(chǎn)生比圖紙上的規(guī)定稍大些的圓角半徑。這是很有利的，這樣，有時(shí)就可在粗加工中使用較大的刀具，以保持高生產(chǎn)率。
在角落處余下的加工余量可以采用較小的刀具進(jìn)行固定銑削或圓弧插補(bǔ)切削。

共有4種主要方法：

起始孔的預(yù)鉆削，角落也可預(yù)鉆削。不推薦這種方法：這需要增加一種刀具，同時(shí)此刀具也要占據(jù)刀具室內(nèi)空間。單從切削的觀點(diǎn)看，刀具通過預(yù)鉆削孔時(shí)因切削力而產(chǎn)生不利的振動(dòng)。當(dāng)使用預(yù)鉆削孔時(shí)，常常會導(dǎo)致刀具損壞。使用預(yù)鉆削孔，也會增加切屑的再切削。
如果使用球頭立銑刀或圓刀片刀具，通常采用啄銑，以保證全部軸向深度都能得以切削。使用這種方法的缺點(diǎn)是排屑問題和使用圓刀片會產(chǎn)生非常長的切屑。
最佳的方法之一是使用X/Y和Z方向的線性坡走切削，以達(dá)到全部軸向深度的切削。
最后，可以以螺旋形式進(jìn)行圓插補(bǔ)銑。這是一種非常好的方法，因?yàn)樗僧a(chǎn)生光滑的切削作用，而只要求很小的開始空間。

對于高速切削的討論在一定程度上仍是混亂的。如何定義高速切削(HSC)或高速加工(HSM)，目前有許多觀點(diǎn)和許多方法。

讓我們看一下這些定義中的幾個(gè)：

高切削速度切削
高主軸速度切削
高進(jìn)給切削
高速和高進(jìn)給切削
高生產(chǎn)率切削

我們對高速切削的定義描述如下：

HSM不是簡單意義上的高切削速度。它應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是用特定方法和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行加工的工藝。
高速切削無需高轉(zhuǎn)速主軸切削。許多高速切削應(yīng)用是以中等轉(zhuǎn)速主軸并采用大尺寸刀具進(jìn)行的。
如果在高切削速度和高進(jìn)給條件下對淬硬鋼進(jìn)行精加工，切削參數(shù)可為常規(guī)的4到6倍。
在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味著高生產(chǎn)率切削。
件形狀變得越來越復(fù)雜，高速切削也就顯得越來越重要。
現(xiàn)在，高速切削主要應(yīng)用于錐度40的機(jī)床上。

高速切削的主要目標(biāo)之一是通過高生產(chǎn)率來降低生產(chǎn)成本。它主要應(yīng)用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具鋼。另一個(gè)目標(biāo)是通過縮短生產(chǎn)時(shí)間和交貨時(shí)間提高整體競爭力。

達(dá)到這些目標(biāo)的主要因素為：

一次(更少此數(shù))裝夾的模具加工。
通過切削改善模具的幾何精度，同時(shí)可減少手工勞動(dòng)和縮短試模時(shí)間。
使用CAM系統(tǒng)和面向車間的編程來幫助制定工藝計(jì)劃，通過工藝計(jì)劃提高機(jī)床和車間的利用率。

刀具和工件可保持低溫度，這在許多情況下延長了刀具的壽命。另一方面，在高速切削應(yīng)用中，切削量是淺的，切削刃的吃刀時(shí)間特別短。這就是說，進(jìn)給比熱傳播的時(shí)間快。

低切削力得到小而一致的刀具彎曲。這與每種刀具和工序所需的恒定的加工余量相結(jié)合，是高效和安全加工的先決條件之一。

由于高速切削中典型的切削深度是淺的，刀具和主軸上的徑向力低。這減少了主軸軸承、導(dǎo)軌和滾珠絲杠的磨損。高速切削和軸向銑削也是良好的組合，它對主軸軸承的沖擊小，使用這種方法可以使用懸伸較長的刀具而振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)不大。

小尺寸零件的高生產(chǎn)率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在總的材料去除率相對低時(shí)有很好的經(jīng)濟(jì)性。

高速切削可在一般精加工中獲得高生產(chǎn)率，可獲得杰出的表面質(zhì)量。表面質(zhì)量常低于Ra 0.2µm。

采用高速切削，使對薄壁零件的切削成為可能。使用高速切削，吃刀時(shí)間短，沖擊和彎曲減小了。

模具的幾何精度提高了，組裝就容易和更快了。無論是什么人，技能如何，都能獲得CAM/CNC生產(chǎn)的表面紋理和幾何精度。如果花在切削上的時(shí)間稍多一些，費(fèi)時(shí)的人工拋光工作可顯著減少。常常可減少達(dá)60-100%

一些加工，如淬火、電解加工和電火花加工(EDM)，可以大大減少。這就可降低投資成本和簡化后勤供應(yīng)。用切削代替電火花加工(EDM)，模具使用壽命和質(zhì)量也得到提高。

采用高速切削，可通過CAD/CAM很快改變設(shè)計(jì)，特別是在不需要生產(chǎn)新電極的情況下。

由于起始過程有高的加速度和減速度以及停止，導(dǎo)軌、滾珠絲杠和主軸軸承產(chǎn)生相對快的磨損。這常常導(dǎo)致較高的維護(hù)成本。
需要專門的工藝知識、編程設(shè)備和快速傳送數(shù)據(jù)的接口。
可能很難找到和挑選高級技術(shù)員工。
常有相當(dāng)長的調(diào)試和出故障時(shí)間。
加工中無需緊急停止，導(dǎo)致人為錯(cuò)誤和軟件或硬件故障會產(chǎn)生許多嚴(yán)重后果。
必須有良好的加工計(jì)劃——“向饑餓的機(jī)床提供食物”。
必須有安全保護(hù)措施：使用帶安全外罩及防碎片蓋的機(jī)床。避免刀具的大懸伸。不要使用“重”刀具和接桿。定期檢查刀具、接桿和螺栓是否有疲勞裂紋。僅使用注明最高主軸速度的刀具。不要使用整體高速鋼(HSS)刀具！

對ISO/BT 40號機(jī)床的典型要求如下：

主軸速度范圍 < 40 000 r/min
主軸功率 > 22 kW
可編程進(jìn)給率 40-60 m/min
快速橫向進(jìn)給 < 90 m/min
軸向減速度/加速度 > 1 g
塊處理速度 1-20 ms
數(shù)據(jù)傳遞速度 250 Kbit/s (1 ms)
增量(線性) 5-20 µm
或 NURBS 插補(bǔ)
主軸具有高熱穩(wěn)定性和剛性，主軸軸承具有高的預(yù)張力和冷卻能力。
通過主軸的送風(fēng)/冷卻液
具有高的吸收振動(dòng)能力的剛性機(jī)床框架
各種誤差補(bǔ)償——溫度、象限、滾珠絲杠是最重要的。
CNC中的高級預(yù)覽功能。

整體硬質(zhì)合金：
- 高精度磨削，徑向跳動(dòng)低于3µm。
- 盡可能小的凸出和懸伸，最大的剛性，盡可能小的刀具彎曲變形和大的芯核直徑。
- 為了使振動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)、切削力和彎曲盡可能小，切削刃和接觸長度應(yīng)盡可能短。
- 超尺寸、錐度刀柄，這在小直徑時(shí)特別重要。
- 細(xì)晶?；w和為了得到高耐磨性的TiAlN 涂層。
- 用于風(fēng)冷或冷卻液的內(nèi)冷卻孔。
- 適合淬硬鋼高速切削要求的堅(jiān)固微槽形。
- 對稱刀具，最好是設(shè)計(jì)保證平衡。
使用可轉(zhuǎn)位刀片的刀具：
- 設(shè)計(jì)保證的平衡。
- 在刀片座和刀片上的保證跳動(dòng)量小的高精度，主刀片的最大徑向跳動(dòng)為10µm。
- 適合淬硬鋼高速切削要求的牌號和槽形。
- 刀具體上有適當(dāng)?shù)拈g隙，以避免刀具彎曲(切削力)消失時(shí)產(chǎn)生摩擦。
- 送風(fēng)或冷卻液的冷卻孔(立銑刀)。
- 刀具體上標(biāo)明允許的最大轉(zhuǎn)速。

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