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6. 高速切削刀具材料 刀具材料对高速切削加工技术的发展具有决定性意义。目前已发展的刀具材料主要有：金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具（金属陶瓷）、涂层刀具和和超细硬质合金刀具等。 金刚石刀具主要用于高速加工铝、铜及其合金等有色金属和非金属材料以及钛和钛合金。立方氮化硼和陶瓷刀具主要适于高速加工铸铁及其合金和淬硬钢以及镍基合金等高温合金。 陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具和涂层刀具等适于高速加工钢及其合金。超细晶粒硬质合金适于小尺寸整体刀具，高速加工孔、攻丝和齿轮，也可以较高速度加工钛及其合金和高温合金等超级合金。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 7. 高速切削刀具结构 高速切削刀具结构主要有整体和镶齿两类。镶齿刀具主要采用机夹结构。高速回转刀具由于高速引起离心力作用，会造成刀体和刀片夹紧结构破坏以及刀片破裂或甩掉，所以刀体和夹紧结构必须有高的强度与断裂韧性和刚性，保证安全可靠。 刀体重量尽量轻以减少离心力，如铝合金刀体的金刚石面铣刀。高速回转刀具必须进行动平衡，以满足平衡品质的要求。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 (1) 高速切削加工刀具结构特点 高速切削对刀具系统的要求 高速回转刀具的结构特点 7:24锥度的工具系统 高速切削旋转刀具的刀柄结构—HSK系统 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 (2) 高速切削对刀具系统的要求 刀柄是高速切削加工的一个关键部件，它传递机床的动力和精度。 刀柄一端是机床主轴，另一端是刀具。高速切削加工时既要保证加工精度，又要保证高的生产率，还要保证安全可靠。所以，高速切削刀具系统必须满足下列要求： 很高的几何精度和装夹重复精度， 很高的装夹刚度， 高速运转时安全可靠。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 (3) 高速回转刀具的结构特点 刀体材料：为了减轻所承受的离心力的作用，刀体材料的设计应减轻质量，选用比重小、强度高的刀体材料。如高强度铝合金刀体，碳素纤维增强塑料刀杆。 刀体结构：刀体结构应尽量避免贯通式刀槽，减少尖角，防止应力集中，尽量减少机夹零件的数量。刀体的结构应对称于回转轴，使重心通过刀具轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 刀具(片)的夹紧方式：要求刀体结构和刀片夹紧结构可靠。刀体与刀片之间的连接配合要封闭，刀片夹紧机构要有足够的夹紧力。可转位刀片应有中心螺钉孔，保证刀具精确定位和高速旋轴时的可靠。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致。 刀具的动平衡：用于高速切削的回转刀具必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940/1规定的平衡质量等级。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 (4) 高速切削刀柄系统 加工中心主轴与刀具的连接大多采用7:24锥度的单面夹紧刀柄系统，ISO、CAT、DIN、BT等都属此类。存在以下问题： 刚性不足：不能实现与主轴端面和内锥面同时定位。当拉力增大4-8倍时，联结的刚度可提高20％-50％，但是，过大的拉力在频繁换刀过程中会加速主轴内孔的磨损。高速主轴的前端锥孔由于离心力的作用会膨胀，膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大。因此，要保证这种联结在高速下仍有可靠的接触，需有一个很大的过盈量来抵消高速旋转时主轴轴端的膨胀。 ATC(自动换刀)的重复精度不稳定：每次自动换刀后刀具的径向尺寸可能发生变化。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 轴向尺寸不稳定：主轴高速转动时因受离心力的作用内孔会增大，使刀具轴向尺寸发生变化，在拉杆拉力的作用下，刀具的轴向位置会发生改变。 刀柄锥度较大，锥柄较长，不利于快速换刀及机床小型化。 主轴的膨胀还会引起刀具及夹紧机构质心的偏离，从而影响主轴的动平衡。标准的7:24锥柄较长，很难实现全长无间隙配合，一般只要求配合面前段70％以上接触，因此配合面后段会有一定的间隙，该间隙会引起刀具径向跳动，影响结构的动平衡。 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 ① 7:24锥度的工具系统 (如：BT、ISO等) 先进制造技术 三. 高速切削加工关键技术 针对这些问题，为提高刀具与机床主轴的连接刚性和装夹精度，适应高速切削加工技术发展的需要，相继开发了刀柄与主轴内孔锥面和端面同时贴紧的两面定位的刀柄。 两面定位刀柄主要有两大类：一类是对现有7:24锥度刀柄进行的改进性设计，如BIG-PLUS、WSU、ABSC等系统；另一类是采用新思路设计的1:10中空短锥刀柄系统，有德国开发的HSK、美国开