技术应用：用微型刀具进行高速切削（一）

HEATS

　　如今，工件的种类在不断增多，同时工件的尺寸在不断缩小。制造小型化的趋势要求制造工艺必须进行相应的变革。这种日益增长的需求要求人们重新思考如何用更小直径的刀具实现更高效率的加工。刀具的直径越小，要求的主轴转速(rpm)越高，而大多数常规机床的主轴却很难达到如此高的转速，即使能够达到，机床主轴在极限状态下持续运转也会使其承受过大的应力。常规的CNC加工机床采用直径小于0.5″(12.7mm)的刀具在10000r/min或以下转速进行加工时，通常会导致进给不合理和代价高昂的刀具损坏。

$ e/ O: T% K! `/ F% Y

　　传统的加工方法通常采用较大的刀具以较低的速度进行加工，而一般来说，较大的刀具本身在设计上并不适合完成较复杂的加工。为了用微型刀具进行加工，常规机床必须低速运转，且微型刀具脆性较大而易于折断。较大的刀具由于具有较大的质量，因此对切屑的作用力具有一定的回弹作用；反之，较小的刀具因脆性较大而更容易折损。

: W2 N; S4 H) M; A6 g+ y8 Z ' C4 A& C( F8 p- K

　　排屑不良是刀具损坏的主要原因之一。事实上，因排屑不良而损坏的微型刀具比采用不合理的切削参数而损坏的微型刀具更多。为使刀具损坏的可能性降至最小，就必须使切屑从切削区迅速排出。微型刀具在加工时需要高的主轴转速，而为了实现快速排屑所需的主轴转速甚至更高。

　　刀具尺寸和加工速度的定义：“微型刀具”包括直径0.250″(6.35mm)以下的铣刀和钻头。这种小直径刀具对于复杂、精细加工必不可少，且采用高速主轴可获得最佳加工效果。“高速切削”目前尚无确切定义和绝对参数，但一个可用的参考定义是主轴转速在25000r/min以上即可称为高速切削。

: h; n/ [2 t: T. q ( _- j ~% Z. b |( V; C

　　“三要素”解决方案

; ?5 |9 t$ K( v; F7 v

　　提高微型刀具加工效率的三个相关要素包括微型刀具的优化设计、采用低粘度冷却液和高速切削技术。

5 o/ K- O2 ^8 _$ ~7 i& D+ `' t

　　(1)微型刀具的设计

* Q0 a- q9 x: F v7 C0 R

　　简单地将较大直径刀具的几何参数按比例缩小而获得的微型刀具通常难以实现高效进给和达到令人满意的加工精度。因为随着刀具直径的减小和主轴转速的提高，对刀具的要求也在发生变化。采用机夹刀片的常规刀具设计并不适合微型刀具的加工要求。这主要是因为提高转速对刀具的要求并不仅仅局限于刀具直径的缩小。转速的提高要求刀具具有更好的平衡性和更大的容屑空间，以确保顺利排屑和防止产生积屑瘤。采用微型刀具进行有效的高速切削加工需要对刀具进行专门的优化设计。微型刀具正确的几何参数加上高速主轴机床和合理的冷却方式，就能够完全取消为去除毛刺而进行二次加工。

s$ P4 D5 c. z$ J) D9 i 9 o3 m* S- D* z" s; j

　　(2)冷却方式的优化

' d( p X' \4 k/ i' l$ `, I

　　用微型刀具进行高速加工时会产生大量切削热，因此需要采取一些措施来冷却降温。虽然高速切削在减少切削热方面具有某些优势，但仅靠高速切削技术有时还不足以完全解决冷却问题，因此对于某些加工仍然需要一套有效的冷却系统。

0 b4 K1 e- y5 l/ _6 T

　　冷却系统能消除切削热，同时还可以起到润滑作用，使刀具能够在工件表面进行快速切削。尝试用一把冷却的餐刀切一块冷黄油是一件相当困难的事，因为餐刀切过黄油表面时缺乏润滑。但如果将餐刀加热后，它就能够融化少许黄油，从而为餐刀提供润滑，使其很容易地切割黄油。

% m( p, n& v7 e I* H% y ! Q( Z3 t9 U7 Q! D