數(shù)控高速切削技術(shù)是近20年來迅速崛起的一項先進制造技術(shù)班粥，在以高效率赡勘、高質(zhì)量為特點在航空从橘、航天、汽車等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用拗盒。在航空新材料不斷發(fā)展的今天，高強度鋼锥债、高溫合金陡蝇、鈦合金、復(fù)合材料等難加工材料日益增多钧鸥，這對推動和促進數(shù)控刀具技術(shù)的發(fā)展起到了重要的作用面塌。在數(shù)控高速切削技術(shù)發(fā)展過程中烦猾，刀具及刀具技術(shù)的關(guān)鍵地位日益顯現(xiàn)。

　　數(shù)控刀具技術(shù)

　　1．?dāng)?shù)控高速切削對刀具材料的要求

　　在數(shù)控高速切削時產(chǎn)生的切削熱和對刀具的磨損要比普通速度切削時高得多嘱疑，因此卤舆，數(shù)控高速切削使用的刀具材料與普通速度切削用的刀具材料有很大的不同，對刀具材料有更高的要求仁灶，主要包括：

　　·高硬度挥肤、高強度和耐磨性；

　　·韌度高豪杉，抗沖擊能力強理秃；

　　·高的熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性；

　　·抗熱沖擊能力強豆玖。

　　目前已出現(xiàn)不少新的刀具材料柴伪，但要同時滿足上述要求的刀具材料是很難找到的。因此沙峻，在具有比較好的抗沖擊韌度的刀具材料基體上睦授，鍍上高熱硬性和耐磨性鍍層的刀具技術(shù)發(fā)展很快。另外摔寨，還可以把CBN和金剛石等硬度很高的材料燒結(jié)在抗沖擊韌度好的硬質(zhì)合金或陶瓷材料的基體上去枷，形成綜合切削性能非常好的數(shù)控高速加工刀具

　　2．?dāng)?shù)控高速刀具材料選擇

　　隨著高強度鋼、高溫合金祷肯、鈦合金及復(fù)合材料等難加工材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加沉填，現(xiàn)代數(shù)控刀具材料已不能局限于目前廣泛使用的高速鋼和普通硬質(zhì)合金，應(yīng)根據(jù)不同的加工材料佑笋，并考慮刀具使用壽命和加工質(zhì)量來選擇刀具材料翼闹。以下按國內(nèi)航空制造業(yè)中常用材料的分類對數(shù)控刀具材料進行選擇：

　　1）鋁合金：鋁合金在航空領(lǐng)域應(yīng)用最多，常用的數(shù)控刀具材料有鋁高速鋼蒋纬、K10和K20 等系列硬質(zhì)合金猎荠。

　　2）普通鋼：對于普通鋼的數(shù)控切削，在國內(nèi)航空制造業(yè)中主要采用鈷高速鋼M42蜀备、硬質(zhì)合金和金屬陶瓷等作為刀具材料关摇。

　　3）高強度鋼、高溫合金：在航空制造領(lǐng)域晾晕，高強度鋼何屏、高溫合金在材料中占的比重越來越大，加工此類零件的刀具主要采用具有高強度窃等、高韌性和高耐磨性的超細(xì)晶粒合金基體與TiAlN涂層組合的硬質(zhì)合金材料及金屬陶瓷材料來加工甫危。

　　4）鈦合金：鈦合金強度高，沖擊韌性大淀准，其加工硬化現(xiàn)象非常嚴(yán)重售荆，在切削加工時出現(xiàn)溫度高鼎派、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，加工鈦合金材料時常選用鈷高速鋼M42及株洲鉆石切削刀具股份有限公司生產(chǎn)的KMG405等系列硬質(zhì)合金涂層刀具材料俭柒。

　　5）復(fù)合材料：復(fù)合材料已在航空領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用径候，且用量正迅猛增長，加工此類材料主要采用PCD涂層硬質(zhì)合金和陶瓷作為刀具材料帅维。

　　3．?dāng)?shù)控高速切削對刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)的要求

　　1) 數(shù)控高速切削對刀具幾何參數(shù)的要求速袁。除了刀具材料的選擇外，正確選擇刀具切削刃的幾何參數(shù)以及刀具的斷屑方式等對數(shù)控高速切削的效率癌炒、加工表面質(zhì)量泞当、刀具壽命以及切削熱量的產(chǎn)生等都有很大影響，這是數(shù)控高速刀具技術(shù)中的一個重要因素民珍。刀具切削刃的幾可參數(shù)選擇應(yīng)從以下幾方面考慮：

　　·合適的刀具后角和合理的進給速度襟士，能產(chǎn)生足夠大的切屑厚度，以便帶走熱量嚷量，避免切削硬化陋桂。

　　·刀刃前角是影響刀具切削載荷的重要參數(shù)，應(yīng)合理選擇蝶溶。

　　·切削載荷與刀具每切刃的進給量有關(guān)嗜历。對于多片鑲嵌刀具，切削載荷作用于每一個刀片上抖所；對于實體刀具梨州，切削載荷作用在每個齒上。因此田轧，應(yīng)該在一個合理的數(shù)值之間選擇進給量暴匠。

　　一般來說，數(shù)控高速刀具的幾何角度大都與傳統(tǒng)的刀具有對應(yīng)關(guān)系傻粘。選擇合理的刀具參數(shù)每窖，除了使刀具保持刃鋒利的切削和足夠的強度外，一個重要目的是能形成足夠厚度的切屑迹遏，讓切屑成為切削過程的散熱片菊蹬。切削速度越高，產(chǎn)生的熱量越多懒俊，所以在數(shù)控高速切削過程中掏谎，很關(guān)鍵的問題是要想辦法把切削熱盡可能多地傳給切屑，并利用高速切離的切屑把切削熱迅速帶走钮瘪。

　　2) 根據(jù)工件材料和加工工序翻粘，正確選擇刀具材料和切削參數(shù)，是保證數(shù)控高速切削能夠達(dá)到預(yù)期效果的重要環(huán)節(jié)换募。目前潘羡，數(shù)控高速切削參數(shù)還不能像普通切削加工那樣通過有關(guān)切削手冊來選擇，數(shù)控高速加工還沒有完整的工藝參數(shù)表和數(shù)控高速切削數(shù)據(jù)庫洲稽，對于每一種刀具也還沒有特定的公式來確定最佳的切削參數(shù)組合坎隶。在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)所加工的材料蚂朽、工序特征等因素通過試驗來確定最佳的切削速度和進給速度刮吧。

　　4．?dāng)?shù)控高速切削對刀體的要求

　　1）高連接強度的鑲嵌式刀具。數(shù)控高速切削中掖蛤，大量應(yīng)用鍍層杀捻、壓層刀具技術(shù)和鑲嵌式刀具。對于鑲嵌式刀具蚓庭，嵌入刀體的刀片如果沒有足夠的連接強度致讥，就會在很大的離心力作用下與刀體分離，轉(zhuǎn)速在10000r/min以上的刀具都有這種危險器赞。因此垢袱，在高轉(zhuǎn)速下只靠一個夾緊螺釘來壓緊刀片是不安全的。高速切削使用的嵌入式刀具同普通刀具不一樣港柜，刀片要安全地嵌入刀體中请契，即緊嵌入刀體的卡槽里，并且在與離心力垂直的方向上用螺釘把刀片緊固在刀體上夏醉。

　　2）刀具和刀柄的連接方法爽锥。對于數(shù)控高速切削使用的刀柄和刀具夾頭的要求是：夾緊精度高；傳遞扭矩大畔柔；結(jié)構(gòu)對稱性好匙杏，有利于刀具的動平衡；外形尺寸小络灾，但應(yīng)適當(dāng)加大刀具的懸伸量簇精，以擴大加工范圍。5數(shù)控高速切削對刀具動平衡的要求和其他要求在數(shù)控高速切削中蜕芭，應(yīng)考慮動平衡問題载秀。影響數(shù)控高速切削的動平衡主要表現(xiàn)在刀具與刀柄的不平衡和機床主軸不平衡2個方面。高速旋轉(zhuǎn)刀具安全標(biāo)準(zhǔn)ISO15641 中規(guī)定的刀具動平衡精度等級應(yīng)在G40以內(nèi)乳的。因此泥贷，用于數(shù)控高速切削的刀具，對刀具的每一個方面都應(yīng)進行全面考慮硼环，如在立銑刀的設(shè)計中洼眶，盡量采用對稱性好的整體式刀具，刀柄采用直柄狰宗，齒數(shù)選用偶數(shù)白庙，刀具材料選用材質(zhì)較好的進口材料消院。嚴(yán)格控制切削跳動量、切削刃與刀柄的同軸度搬设、切削刃和刀柄的尺寸精度穴店，以保證刀具的動平衡要求。在數(shù)控高速切削刀具的實際應(yīng)用中拿穴，除了正確選擇刀具材料泣洞、切削參數(shù)和刀具動平衡外，還要考慮與刀具有關(guān)的其他問題默色，主要包括：提高切削系統(tǒng)的剛度球凰；考慮刀具承受的離心力；需要增加特殊的安全設(shè)施腿宰。

　　數(shù)控刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計和刀具制造

　　1．?dāng)?shù)控刀具工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計

　　1）數(shù)控立銑刀的前角和后角呕诉。

　　研究表明，刀具前角是影響零件材料加工質(zhì)量的主要因素酗失，過大或過小對加工質(zhì)量都會產(chǎn)生很大的影響义钉，并且使刀具的耐用度降低。而刀具后角的選擇會影響刀具剛度规肴，增大后角有利于提高刀具壽命捶闸，但會降低刀刃剛度。經(jīng)過多年對航空材料的加工實踐塞姻，刀具前角和后角應(yīng)根據(jù)被加工材料的不同做不同的選擇蚌长。

　　2）螺旋角。

　　根據(jù)切削原理尺澜，增大螺旋角可以增加同時工作的齒數(shù)绵顷，即實際增大了工作前角，使切削鋒利厅肩，工作平穩(wěn)螺蜻。但是，當(dāng)螺旋角增大到一定程度后會破壞刀齒強度禽制，降低整體剛性剪酵，增加了切削過程中的振動，加劇了刀齒磨損膜却，從而會降低刀具的使用壽命药呜。考慮到數(shù)控加工的高速切削特點攘默，可以將加工鋁合金時的螺旋角取為25°～30°访僚；加工高強度鋼、高溫合鋼時的螺旋角取為35°～40°加工鈦合金時的螺旋角取為30°～40°。為了切削鋒利输拇，可適當(dāng)增大螺旋角摘符，例如在加工鈦合金時，刀具材料為KMG405的φ25mm 整體硬質(zhì)合金立銑刀的螺旋角可增大到45°策吠，效果比較理想议慰。

　　3）刀齒橫截面形狀。

　　加工鋁合金用二奴曙、三齒的立銑刀，加工鋼件用四草讶、六齒洽糟，刀齒背后是凸臺刃帶，齒背型面為圓弧曲線堕战。這種結(jié)構(gòu)制造工藝性好坤溃，外形美觀、切削加工振動小嘱丢，切削平穩(wěn)薪介，排屑順利，提高了刀具壽命腔益。齒數(shù)少的立銑刀雖然容屑槽大草教，切屑排出性好，但橫截面小舰打、剛性低经禽，切削加工中易產(chǎn)生彎曲變形，影響被加工面的垂直度和表面質(zhì)量凫荡。為了增強刀具剛性可剪，我們在航標(biāo)銑刀基礎(chǔ)上加大了刀具芯部直徑。增大芯部直徑以后雖然容屑槽變小功抠，但高速切削時切屑被高速旋轉(zhuǎn)的刀具飛快甩出登翩，不存在切屑排不出去的問題。

　　4）刃長耘昙。

　　刃長越短沈路，刀具的剛性和切削性能越好。當(dāng)橫截面積相同時函绊，立銑刀的刃長增加一倍敛竭，其剛度僅為原剛度的1/8。試驗表明阁最，當(dāng)立銑刀刃長增加一倍時戒祠，其刀具壽命僅為原壽命的1/10以下，所以在數(shù)控刀具設(shè)計中要盡可能設(shè)計符合加工要求的短刃型刀具。

　　5）數(shù)控刀具的精度姜盈。

　　為保證數(shù)控立銑刀與工具系統(tǒng)的連接剛性和連接精度低千，柄部直徑公差精度等級提高到h6，大大提高了刀具的裝夾精度和安全可靠性馏颂；為保證加工質(zhì)量和提高刀具壽命示血，將數(shù)控立銑刀直徑偏差提高到0.05mm，齒圓弧的公差提高為±0.02mm救拉；為保證刀具自身的動平衡性难审，將數(shù)控立銑刀的周齒跳動、端齒跳動和端齒圓弧跳動都提高到0.01mm亿絮。

　　6）刀具涂層告喊。

　　涂層刀具通過在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能派昧。常用的刀具基體材料主要有高速鋼惯慎、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等酬苇。涂層既可以是單涂層灯忙、雙涂層和多涂層，也可由幾種涂層材料構(gòu)成復(fù)合涂層蚤件。

　　結(jié)束語

　　數(shù)控高速切削刀具及相關(guān)技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)控高速切削加工的基本條件欢兑，由于高速加工過程及其機理相當(dāng)復(fù)雜，目前仍缺少成熟梅明、可靠的加工仿真技術(shù)姐淫，對數(shù)控高速加工刀具工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化仍主要依賴于切削試驗。因此乳环，今后應(yīng)結(jié)合航空材料加工的實際情況匠泵，立足于現(xiàn)有的刀具設(shè)計和制造能力，并借鑒國內(nèi)外先進經(jīng)驗倘回，重視和加強對數(shù)控刀具材料了酌、刀具結(jié)構(gòu)、刀具切削機理的研究和開發(fā)音瓷，建立起完整的工藝參數(shù)表和數(shù)控高速切削數(shù)據(jù)庫对嚼。同時，對數(shù)控高速刀具在線監(jiān)視系統(tǒng)绳慎，數(shù)控高速刀具動平衡等也需深入研究纵竖，以進一步提高航空工業(yè)數(shù)控加工技術(shù)水平。

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