数控加工技术高速铣削加工.ppt

数控加工技术 数控加工技术 关 耀 奇 湖南工程学院机械工程系 内容提要： 本节主要介绍数控高速切削加工的特点、工艺性分析（工艺原则、高速切削方法、刀具的选用）。 高速切削简介 高速切削的概念早在1931年就由德国所罗门博士提出 ；高速切削（High Speed Cutting-HSC）是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加工技术 。 高速铣削可用于铝合金、铜等易切削家属和淬火钢、钛合金、高温合金等难加工材料以及碳纤维塑料等非金属材料。 在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件，因此许多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表面粗糙度要求。 1.高速切削概述 高速加工是近年来迅速发展的一项先进制造技术，它极大促进了加工效率和产品品质的提高。高速加工不仅对数控系统和机床结构、刀具提出了新的要求。 当以适当高的切削速度（约为常规速度的5～10倍）加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产率。六十多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，到二十世纪九十年代逐渐在工业实际中推广应用。 高速切削涉及机床的下列部件特性： （1）高速主轴单元 （2）快速进给和高加（减）速的驱动系统 （3）高性能的高速CNC控制系统 （4）高刚性的机床结构 （5）超硬刀具材料、结构和涂层工艺等 。 高速铣削与常规铣削加工参数比较 ： 高速铣削与常规铣削加工相比较，高速铣削单位功率金属切除率提高了30%～40%；切削力降低了30%；刀具的寿命提高了70%；工件的切削热大幅度降低；切削振动几乎消失。 2. 高速切削的加工特点 ： 加工特点之一就是高速 。有75%的热量被刀屑迅速带走； 5%的热量由工件吸收，工件温度低，对解决切削变形、热稳定性很有好处 ；使用风冷即可以达到满意的冷却效果。 另一个特点是小切削用量 。主轴转速可达10000～100000r/min，进给可达20～40m/min，进给加速度可达2g～10g。高速铣削的切宽约为刀具直径的1/3，切深约为刀具直径的1/10，在加工中要求不同时进行端铣和周铣。 3.1高速切削的应用 目前高速切削主要应用于以下几个方面： （1）有色金属，如铝、铝合金，特别是薄壁铝件的加工。目前已经可以切出厚度为0.1mm、高为几十毫米的成形曲面。 （2）石墨加工。 （3）模具特别是淬硬模具的加工。高速切削已经可以达到很高的表面质量（Ra≤0.4um），省去了电加工后面的磨削和抛光的工序。高速切削中形成的已加工表面呈压应力状态，还会提高模具工件表面的耐磨性（有统计说模具寿命因此能提高3～5倍），因此，锻模和铸模仅经铣削就能完成加工已成为可能。 （4）硬的、难切削的材料，如耐热不锈钢等。 3.2 高速切削的限制 作为一种新的技术，高速切削的优点是显而易见的，它给传统的金属切削理论带来了一种革命性的变化。但目前即使是在金属切削机床水平先进的瑞士、德国、日本、美国，对高速切削技术的研究也还处在不断的摸索当中。 有待于解决的问题：比如高速机床的动态、热态特性；刀具材料、几何角度和耐用度问题，机床与刀具间的接口技术（刀具的动平衡、扭矩传输）、冷却润滑液的选择、CAD/CAM 的程序后置处理问题、高速切削时刀具轨迹的优化问题等等。主轴转速为10～42000r/min这样的高速切削在实际应用时仍受到一些限制 . 3.2 高速切削的限制 （1）刀具必须采用 HSK 的刀柄，外加动平衡，刀具的长度不能超过120mm，直径不能超过16mm，且必须采用进口刀具。这样，在进行深的型腔加工时便受到限制。 （2）扭矩极小，通常只有十几个N·m，最高转速时只有5～6N·m。这样的高速切削，一般只能用来进行石墨、铝合金、淬火材料的精加工。 （3）应尽可能提高进给量，以保证机床既能进行粗加工，又能进行精加工，既省时效率又高。 （4）针对传统的加工方式和不同的被切削材料，应选择合适的刀具材料来实现高速加工，而不能一味地追求高速，为高速而高速。高速切削的刀具材料必须根据工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷、金属陶瓷及PCBN刀具等适用于对钢铁等黑色金属的高速切削；PCD 和CVD等刀具则适用于对铝、镁、铜等有色金属的高速切削。 3.3 高速切削对CAM系统的要求 CAM系统应具有很高的计算编程速度 全程自动防过切处理能力及自动刀柄干涉检查 进给率优化处理功能 符合高速切削要求的丰富的加工策略 高速切削对编程人员的要求与编程方式的改变 3.4 高速切削要求的加工策略 1）应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化，以避免因局部过切而造成刀具或