一.刀具系統(tǒng)的機械故障與預防保護措施

　　機械零部件的旋轉(zhuǎn)離心慣性力隨著轉(zhuǎn)速升高以二次方規(guī)律增大，造成生產(chǎn)實踐中高速切削刀具系統(tǒng)發(fā)生特殊的、不同尋常的機械故障，主要有以下幾種形式：

　　如果主軸頭部壁厚差別較大颂梆，當離心慣性力大幅度增大后，薄壁處剛度低徑向擴張量顯著增大弹梁，使刀柄徑向晃動览雁、無法定位，同時可能發(fā)生軸向錯位移動而深入主軸动院，如圖1所示胜通。

　　　　　　圖1 刀柄無法定位和傳遞動力

　　如果刀體(刀盤)結構有明顯薄弱之處，在很大的離心慣性力作用下會發(fā)生爆裂芽堪，如圖2所示陋窗。

　　　　　　　　圖2 刀體(刀盤)爆裂破損

　　在離心慣性力作用下嘱悄，刀片和緊固楔塊可能發(fā)生徑向位移而增大旋轉(zhuǎn)半徑，或者刀片緊固螺釘被剪斷实愚，如圖3 所示。這是高速切削刀具容易發(fā)生的主要機械故障兔辅。

　　　　　　圖3 刀片緊固裝置發(fā)生位移或破損

　　可見腊敲，要預防和避免以上機械故障，首先要盡可能減小離心慣性力维苔，尤其是不平衡離心慣性力碰辅。在此條件下，再進一步增強刀具與夾緊裝置的強度介时、剛度和穩(wěn)定性没宾。離心慣性力分別與旋轉(zhuǎn)質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)半徑的大小成正比，因此對刀具與夾緊裝置的基本要求是不平衡質(zhì)量小沸柔，在工作旋轉(zhuǎn)時的實際同軸度高循衰，結構設計安全可靠，保證在高轉(zhuǎn)速下能夠正常工作褐澎。HSC 加工中需要采取以下具體措施：

　　1.在制造過程中会钝，刀具與刀柄夾緊裝置經(jīng)過嚴格的靜、動平衡工三，各自的不平衡質(zhì)量大小必需降低到低于DIN/ISO 1940標準規(guī)定的數(shù)值：

　　2.采用不平衡質(zhì)量小狞吏、夾緊力大的液壓彈力夾頭刀柄、熱壓裝配刀柄以及與刀具一體的刀柄：

　　3.必要時采用全套在線舍娜、實時可調(diào)動平衡刀柄及附件裝置仁沃，但其價格昂貴：

　　4.刀具實際工作的轉(zhuǎn)速，不超過刀具與刀柄夾緊裝置制造廠家注明的允許最高轉(zhuǎn)速谨敏，必要時可選用直徑較小的刀具與刀柄夾緊裝置來提高允許最高轉(zhuǎn)速：

　　5.采用新型的HSK 系列短錐空心刀柄或更先進的空心桿刀柄赡析，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的ISO(SK)刀柄，以提高刀具軸向和徑向定位精度烫王、軸向剛度上绅，并具有過載保護作用，如圖4所示：

　　　　　圖4 SK系列刀柄與HSK系列刀柄結構形狀

　　6.采取其它有利于提高刀具與夾緊裝置的強度靠鸦、剛度和穩(wěn)定性的結構設計措施岛宵，例如用力鎖緊機構來增強或代替形狀鎖緊機構：

　　7.安裝防護罩和防彈玻璃，保護機床操作人員不受刀具與夾緊裝置破裂碎片的傷害苔巍。

二.刀具材料

　　高速切削常用的刀片材料滚吱，有涂層硬質(zhì)合金、陶瓷避归、立方氮化硼和金剛石荣月。

　　碳化鎢(WC)為基的涂層硬質(zhì)合金分為P管呵、M、K 三大類哺窄，可用于高速切削各種黑色和有色金屬以及非金屬材料捐下，并且價格實惠，應用最普遍萌业。主要局限是切削速度不能太高坷襟，刀具耐用度較低。

　　其中涂層材料生年，主要分為鈦的化合物(TiC婴程，TiN，TiCN抱婉，TiAlN档叔，TiNAlOX)和鋁的化合物(Al2O3，AiON)兩大類蒸绩。實際應用當中衙四，可以將兩類涂層材料或者不同的鈦化合物搭配起來構成2層或3層涂層，由內(nèi)向外各層分別具有抗摩擦悄函、防擴散牲羊、潤滑等作用，能夠顯著增強硬質(zhì)合金刀具的切削能力并延長壽命山顶。如果在TiN或TiAlN硬涂層外覆蓋上二硫化鉬(MoS2)軟涂層蛮血，并注意主切削刃不要被覆蓋，可以提高刀具耐用度1至2倍好员。國外正在研究釔芽刨、釩類新的涂層材料。經(jīng)過不斷研究改進略尘，金剛石薄膜涂層刀片已經(jīng)越來越多地進入市場瘩浆，并且正在開發(fā)立方氮化硼薄膜涂層刀片。

　　TiCN基質(zhì)刀片又稱為金屬陶瓷怯漾，是一種先進的硬質(zhì)合金材料胡炼，能夠承受比WC硬質(zhì)合金較高的切削溫度，在高速切削下的耐高溫和耐磨性好摹削、壽命長碍蚊，工件加工表面光潔。它化學穩(wěn)定性高到旦，抗氧化抗擴散旨巷，幾乎沒有生成積屑瘤和發(fā)生切屑粘接的危險，包括切削軟而粘性的材料時添忘。國外最近開發(fā)出以純鈷作粘結劑的金屬陶瓷刀具采呐，可用于加工高速鋼若锁。根據(jù)粗略估計，金屬陶瓷在日斧吐、美等國的應用占全部刀具材料總量的20%以上又固。它的局限在于性脆，韌性会通、強度口予、耐沖擊性均不如WC硬質(zhì)合金，且導熱能力不強涕侈，主要用于鋼和鑄鐵小切削深度和小進給量的高速精加工。

　　HSC線速度及轉(zhuǎn)速高煤辨，刀具尺寸向小型化發(fā)展裳涛。這時，小直徑棒銑刀侥锨、鉆頭的刀刃和刀桿如果采用相同的硬質(zhì)合金材料整體制造念焙，既方便又可以提高刀具的強度和剛度，缺點是成本較高扇殃。立方氮化硼(CBN)是一種性能優(yōu)良的人工合成刀具材料鲤境，但和金剛石一樣，刀片價格昂貴投戴，只有用于高速硬切削淬硬鋼時才能夠顯示出其經(jīng)濟性丛疲。此外，氧化物陶瓷梢跳、金屬陶瓷以及某些涂層硬質(zhì)合金刀具材料也可用于硬切削淬硬鋼工件砍毡。

　　另一種超硬刀片材料金剛石(PCD)，適合于高速切削(2500～5000m/min)有色金屬尤其是含硅鋁合金仲峡，以及非金屬的復合地板面料聂袱。添加硅元素可以改善鋁合金的澆鑄性能或提高地板的耐磨性，但它對刀片有很強的磨蝕作用酵逾，只有非常耐磨的金剛石特別是單晶金剛石刀片例外欠捶。無論金屬陶瓷、陶瓷尝盼、CBN還是PCD吞滞，都比WC硬質(zhì)合金脆得多，因此用這些材料制成的刀片不能夠經(jīng)受太大壓力东涡，需要通過結構設計加強支撐冯吓、合理地分散壓力。

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