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高速切削技术


  
  高速切削(HSC,HighSpeedCutting)技术以其高效率、高质量应用于航天、航空、汽车、模具和机床等行业中,尤其针对飞机薄壁零件及各种复杂的型面模具零件加工。
  
  1.高速切削特点与优势
  
  (1)相比于普通数控机床,高速切削机床具有如下特点:①具有高切削速度和高主轴转速。
  
  ②具有高快速移动速度:高速铣床的快速移动速度达到了30~90m/min。③金属切除率高,切削效率高:切削45钢时,金属切除率通常为300~600cm3/min。④具备高刚性高精度。
  
  (2)上述特点决定如下优势:使用高速切削,铣削深度较小,切削线速度和进给速度较高,铣削力低,切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走,故工件和刀具热变形小,吃刀时间短,冲击和弯曲减小了,加工表面粗糙度值很小:铣削铝合金时可达Ra=0.4~0.6μm,铣削钢件时可达Ra=0.2~0.4μm。无需抛光、研磨等二次加工处理,有效地提高了模具的加工精度。
  
  有利于加工薄壁模具和整体结构式零件,高速切削的材料去除率通常是常规的3~5倍,在精加工中获得高生产率。如高速切削可使飞机大量采用整体结构零件,明显减轻部件重量,提高零件可靠性,减少装配工时。在数码产品或继电器等电子产品中,薄壁模具加工困难,采用高速铣削技术可以大大改善,能加工出壁厚0.2mm、壁高20mm的薄壁零件。
  
  2.高速切削应用条件
  
  由于高速加工技术具有诸多特点以及模具零件具有复杂的型面,因此,模具高速加工技术对加工系统中的机床、刀具、数控系统等都提出了更高要求。
  
  (1)高速主轴机床能实现高速切削的关键是机床的高速主轴。目前用于模具加工的高速切削机床主要是高速加工中心、高速铣床等,要求主轴转速为10000r/min~40000r/min,另外还要求主轴能够快速升速、减速,即具有很高的加速度、减速度。高速旋转的主轴要求轴承具有高承载能力、高刚度、高回转精度以及高使用寿命。
  
  (2)高速机床动态特性高速切削机床对其支承件的静态、动态特性要求很高,机床床身要具有高的静刚度、动刚度、热刚度,好的结构刚性,足够的支承强度,高水平的阻尼特性,从而使机床固有频率远离高速切削时发生颤振的频率,进而使机床具有好的动态响应特性。
  
  (3)高速切削刀具系统高速切削加工时,高速刀柄的动平衡等级需达2.5G及主轴最高转速以上,用以保护主轴轴承寿命,而刀柄本身的锥面精度必须≤AT3,表面粗糙度值必须达到Ra≤0.4μm。
  
  高速切削不但要求刀具具有良好的耐热性、耐磨损性和抗破损性,同时对其动平衡质量也提出了严格要求。高速切削时,由于主轴转速很高,不平衡质量将引起非常大的惯性离心力,影响刀具寿命、加工精度和加工效率。针对铝合金、铸铁、钢、钛合金等不同加工材料,应合理高效地选择刀具。目前常用的高速切削刀具材料有:硬质合金及其涂层、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶立方氮化硼(PCBN)、超硬材料金刚石、聚晶金刚石和金刚石涂层等。
  
  (4)高速切削的数控编程由于模具的型面复杂,通常采用CAD三维设计软件建模。为充分发挥高速切削的高精度、高效率等特点,不但要求数控系统具有高速编程计算功能,对编程人员的专业水平及综合能力提出更高要求。

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