高速加工的刀具选取

HEATS

　　刀具技术特别是刀具材料的进步对高速切削加工的发展起了很大的作用。在高速切削领域，当前主要使用金属陶瓷、陶瓷、涂层和超硬材料四类刀具，它们各有其特性和应用范围并相互补充。其中涂层刀具发展最快而且在高速切削领域有巨大应用潜力，目前在全部刀具中已占有50%以上的比重。

　　超硬材料刀具在高速切削领域独占优势，其实际应用与日俱增。在这类刀具中PCD(聚晶金刚石)刀具是高速切削铝合金和非金属材料的最佳选择，而金刚石涂层刀具则不仅已经实用化且增长势头很猛；PCBN(立方氮化硼聚晶产品)刀具适于以更高速度切削铸铁、淬硬钢等材料，CBN(立方氮化硼)涂层刀具也有望在近期取得重大技术突破。

& {' R: N. V; O3 x& N. r5 P7 m

　　为了使高速切削刀具有足够的使用寿命和低的切削力，应根据不同的工件材料选择最佳的刀具几何角度。与普通切削相比，高速切削刀具前角一般要小一些甚至是负前角，后角要稍大一点，且常采用修圆或倒角刀尖来增大刀前角，以防止刀尖处的热磨损。由于进行高速切削的旋转刀具要在很高的转速下工作，离心力问题非常突出，故要求其刀体结构和刀片夹紧结构应十分可靠，同时需要在动平衡仪上经过严格的动平衡，最好能进一步安装在机床上与主轴组件一起进行动平衡。

! A. D' T6 }1 X- o& B ) y. @. g; i, p% d I

　　在普通转速下刀具与主轴间广泛采用的7：24锥联结，当高速旋转时，由于实心锥柄不能像主轴孔那样受离心力作用发生“胀大”，两者之间出现间隙会导致刀具在锥孔内摆动，从而引起刀具的轴向定位误差和破坏结构的动平衡。为了克服这种联结高速性能差的缺点，相继开发出了一些适合高速切削的联结方式，如：HSK工具系统和Capto工具系统。

# }& s* {9 P S; L7 G

　　下面详细介绍刀具、刀柄及切削用量的选取。

　　1刀具材料

3 f# ]7 O! w9 o# `1 \+ g

　　要实现高速切削，刀具材料是关键。高速切削材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。它们各有优点，适合不同的工件材料和不同的切削速度范围。必须注意的是刀具材料和工件材料副之间有一个适配性问题，即一种刀具材料与工件材料时性能良好，但加工另一种工件材料时却不理想，换句话说，不存在一种万能刀具材料可适用于所有工件材料的高速加工。

　　高速切削刀具材料必须根据所加工的工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷刀具、涂层刀具及CBN刀具适合于加工钢铁等黑色金属的高速加工；PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属高速加工。表中列出了上述刀具材料所适合加工的一些工件材料。

' g: y! p/ B/ F3 X

　　陶瓷刀具已应用于加工各种铸铁、钢件、热喷涂喷焊材料、镍基高温合金等。

- m7 ]: b, j- u: [; P, H

　　金刚石刀具适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。由于金刚石的热稳定性差，切削温度达到800℃时，就会失去其硬度。因为金刚石和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极容易损坏，因此金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，在切削有色金属时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。

6 M7 ], E7 l5 K ) g4 z: x9 f7 G7 E; T# K2 r3 M

　　立方碳化硼刀具既能胜任淬硬钢、轴承钢、高速钢、冷硬铸铁的粗、精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削。CBN刀具是实现以车代磨的最佳刀具之一。

　　2刀具

7 ~1 t# P' [0 F6 F* Y7 F3 I ( U! Q/ B. N8 x# q1 T+ U5 F

　　以下介绍在加工中心上加工壳体常用刀具。

4 H; G( Y! ~6 W$ _0 l( E

　　1、铣刀

: ?3 i5 i, P5 G% h& t. ~6 T

　　在面铣时，由于铣刀和工件之间的关系，尺寸和位置是重要的因素。在选择刀具时，工件的宽度决定铣刀的直径。对于加工小件而言，一般刀具直径比工件大30%是比较理想的，但是机床功率和稳定性在许多情况下起决定作用。面铣常常需要几次走刀才能完成。

' v: o7 `8 e# h0 V: b

　　在优化铣削效果时，铣刀的刀片是另一个重要因素。在任何一次铣削时如果同时参加切削的刀片数多于一个是优点，但同时参加切削的刀片数太多就是缺点。在切削时每一个切削刃不可能同时切削，所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关。就切屑形成过程，切削刃负载以及加工结果来说，铣刀相对于工件的位置起到了重要作用。在面铣时，用一把比切削宽度大约大30%的铣刀并且将铣刀位置在接近于工件的中心，那么切屑厚度变化不大。在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚度稍稍薄一些。

& L+ U: M$ H$ F& Q" h1 D4 Y4 U( _

　　为了确保使用足够高的平均切屑厚度/每齿进给量，必须正确地确定适合于该工序的铣刀刀齿数。铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。可根据这个值将铣刀分为3个类型--密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。

( T) a* p" P1 ^! n' i! O' G 4 k* V7 c0 o; h6 l) S

　　和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角。主偏角是刀片主切削刃和工件表面之间的夹角，主要有45度、90度角和圆形刀片。切削力的方向变化随着主偏角的不同将发生很大的变化：主偏角为90度的铣刀主要产生径向力，作用在进给方向，这意味着被加工表面将不承受过多的压力，对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。

7 Y2 m. M, f& X- r 1 b- r3 V% u' ]

　　主偏角为45度的铣刀其径向切削力和轴向大致是相等的，所以产生的压力比较均衡，对机床功率的要求也比较低，特别适合于铣削产生崩碎切屑的短屑材料工件。

( e9 I3 c% l2 U% f8 B+ E 3 j, T( Z. O% G! ] S2 |* k. |