高速加工中的工艺处理

时间：2023-03-11作者：佚名

高速加工是一种高效的切削方法，它以高切削速度进行小切削量加工，其金属去除率比普通数控加工要高，并且延长了刀具寿命、减少了非加工时间，它适应了现代生产快速反应的应用特点。
高速加工采用全新的加工工艺，在刀具、切削用量、走刀路径及程序编制等方面，都不同于传统的数控加工。
1．高速加工刀具选择
高速加工对刀具材料要求更高。在实际加工中一般按照下列原则选用合适的刀具材料：粗加工时优先考虑刀具材料的韧性；精加工时优先考虑刀具材料的硬度。高速加工的刀具材料有立方氮化硼（CBN）、金刚石（PCD）、陶瓷等。使用CBN刀具铣削端面时，其切削速度可高达5000m/min，主要用于灰口铸铁的切削加工。聚晶金刚石刀具特别适用于切削含有SiO2的铝合金材料，目前，用聚晶金刚石刀具铣削铝合金端面时，5000m/min的切削速度已达到实用化水平。此外，陶瓷刀具也适用于灰口铸铁的高速切削加工。CBN和PCD刀具尽管具有很好的高速切削性能，但成本相对较高，釆用涂层技术的刀具价格低廉，又具有优异性能，可以有效降低加工成本，所以高速加工采用的立铣刀，大都釆用氮化铝钛（TiAlN）系的复合多层涂镀技术进行处理。
不同工件材料的高速加工需要选择与其匹配的刀具材料和加工方式，才能获得最佳的切削效果。铝合金高速加工时，可以选用金刚石刀具。如果刀具复杂，可采用整体超细晶粒硬质合金、粉末高速钢、高性能高速钢及其涂层刀具进行高速加工。加工钢和铸铁及其合金时，采用Al2O3 基陶瓷刀具较合适；立方氮化硼适于HRC45-65以上的高速硬切削；氮化硅基和立方氮化硼更适于铸铁及其合金的高速切削，但不宜于切削以铁素体为主的钢铁；WC基超细硬质合金及其TiCN、TiAlN、TiN涂层刀具和TiC/TiN基硬质合金刀具也可加工钢和铸铁。加工钛合金时，一般可用WC基超细晶粒硬质合金和金刚石刀具。
2．高速加工切削用量选择
高速加工的切削速度通常为常规切削速度的5~10倍左右。为了使刀具每齿进给量基本保持不变，以保证零件的加工精度、表面质量和刀具的耐用度，进给量也必须相应提高5~10倍左右，达到60m/min以上，有的甚至高达120m/min。因此，高速切削加工通常是釆用高转速、大进给和小切深的切削工艺参数。高速切削的切削余量往往很小，所形成的切屑很薄很轻，把切削时产生的热量很快带走。若釆用全新耐热性更好的刀具材料和涂层，釆用干切削工艺也是高速加工的理想工艺方案。
3．高速加工走刀路径确定
高速加工过程中，应保持整个切削过程中的载荷平稳性，避免突然改变方向，在减少进给量或刀具停止时也要避免方向突变。走刀路径确定时，遵循以下策略：
1）高速加工应以顺铣为主，以减少刀具磨损，提高加工精度。
2）根据浅切削、小层深的分层原则，采用合理分层路线来实现加工的合理性与载荷的平稳性。
3）在拐角处应增加圆弧走刀，防止拐角处速度矢量方向的突变，避免刀具载荷的急剧变化。图1所示为拐角处圆弧走刀和尖角走刀方式，图2(a)表示在外拐角处增加圆弧走刀的情况，图2(b)所示为D型拐角过渡方式。
4）在平面双向切削加工中，可在相邻两行刀具轨迹间附加圆弧转接，以形成光滑的侧向移刀（如图3所示）。在空间双向切削加工中，可以采用空间圆弧移刀、空间内侧圆弧移刀、空间外侧圆弧移刀以及“高尔夫”式过渡移刀等多种延伸过渡形式，如图4所示，这样既保证了刀具轨迹的平滑性，又有效避免了两行间的拐硬弯现象，这种转接方法普遍使用在各种曲面高速铣削中。
5）避免在外形轮廓上法向直接进刀和退刀，应采用螺旋线、圆弧和斜线方式进退刀，保证光滑进退刀，如图52-43所示。
6）对陡壁面与非陡壁面的精加工，为防止切削载荷的急剧变化，应用不同的方法把陡壁面与非陡壁面分开加工，可提高切削速度，同时使零件表面的粗糙度均匀。

图1 圆弧走刀和尖角走刀