高速铣HSM加工中如何选用好刀具与刀柄？

fatliu1983

一、高速铣加工中刀具的应用

刀具振动直接影响加工表面质量。所以，在高速铣（HSM）精加工过程中保持均匀的切削力特性，避免刀具振动至关重要。

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•  同轴度好有利于负载在切削刃上均匀分布

•  较大的切削刃重叠有利于获得均匀的切削力特性（较大螺旋角和槽数）

•  短切削长度有利于获得较好的刚性（相对于机床陡壁，轴的直径被减小一点）

•  芯部横截面状态最好，槽口处的应力集中最小

我们可以使用高速铣加工高强度材料，这意味着抗变形能力随着待加工材料硬度的增加而增大。切削刃上负载增加，要求对切削刃的几何形状进行稳定的设计。然而，高速切削状态下在工件表面的自由区域还将产生更多的摩擦热，这意味着必须减小刀具的间隙角。因此，增加切削刃的稳定性只能通过减小斜角的方式实现。在材料很硬、刀具材料很脆的情况下，甚至可能导致负的斜角。

精确配合的半径在刀刃尖部磨削，以避免突然变热时达到红热状态或者切削刃局部断裂。

如果对加工工件的形状精度要求很高，则所用精加工刀具的球部半径对于待加工工件的形状精度有直接的影响。因此，作为基本条件，在非常精密零件的精加工过程中使用具有非常严格半径公差（在μm范围内）的刀具是非常重要的。

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材料和涂层：

要采用一个原理：所用刀具材料必须比待加工材料硬。工件材料与刀具材料之间的硬度差越大，刀具磨损越小，刀具使用寿命越长。

因为局部温度很高，还必须保证刀具材料具有抗氧化性。较大热负载波动和对刀具材料抗氧化性的要求使得最终需要在精细颗粒硬质合金刀具上进行涂层。经过试用和试验的涂层系统，如使用 TiN、TiCN 和 TiAlCN 在 HSM 加工中迅速体现了其高速加工的性能。

因此，多种成分的涂层系统被研制出来，它基于高铝含量氮化物、结合其它元素如钇、钒或钽。使用纳米层结构、CBN 和 PKD，还可以达到更高的性能。

二、高速铣加工中刀柄的应用

由于在 HSM 加工中需要很高的主轴转速，因此，最好使用 HSK-A 和 HSK-E 刀柄系统。

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由于刀柄法兰安装在主轴头上，刀柄在 Z 方向上有明确的机械支撑，因此，在较高转速下，不会因离心力增大而进入主轴。

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动平衡和同轴度

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根本的错误在加工准备阶段可能已经发生，致使较小振动和安全的过程控制不可能实现。要实现稳定的 HSM 加工，按照要求对刀具和刀柄装置进行动平衡并对其同轴度进行检查是至关重要的。还必须考虑与动平衡质量有关的旋转速度极限。

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动平衡不好或同轴度不好的旋转刀具系统将导致：

•  非常糟糕的表面质量

•  非常低的刀具使用寿命

•  糟糕的加工稳定性和安全性

•  可能损坏铣削主轴

加工过程中因产生突变而造成不平衡以及偏离理想同轴度，其结果在下面的原理图中看得非常清楚：

与完美同轴度相比无偏差，较小的理论粗糙度
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与完美同轴度相比有偏差，较大的理论粗糙度

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动平衡质量对整个旋转系统的动态性能有着重要的影响。我们认为不平衡相当于有一个偏心物体在旋转。这个偏心物体能够引发离心力，其随着转速的增加呈平方值增大。这意味着相同的不平衡在转速为 42,000 rpm 的主轴上引发的离心力是转速为 2,000 rpm 主轴的 441 倍（212= 441）。因此，高速加工中刀具刀柄装置的不平衡性具有特别明显的不良后果。建议使用接口 HSK-E，它对表面质量有非常高的要求。

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应用 HSM 中的刀具夹持技术，您可以与以下物品一起使用刀座：

•  夹头和螺母

•  热缩式连接

不建议使用替代系统如 Weldon 连接器，因为它们在 HSM 加工中具有明显的缺陷。

由于带夹头的刀柄良好的阻尼特性能够给粗加工过程带来好的效果，因此，可以达到极高的刚性和重复精度。这对获得完美的工件表面至关重要。

热缩式刀柄使您能够获得非常精确的同轴度 （偏差低于0.003mm）以及传递较大的扭矩。

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各种缩径刀柄的设计结构：

传递扭矩取决于夹紧设备的设计结构。设计结构不同，它们可能区别很大。

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