高速切削或超高速切削的速度是普通切削加工的5-10倍,研究表明,随着切削速度的提高,切削力会降低15%-30%以上,切削热量大多被切屑带走,加工表面质量可提高1-2级,生产效率的提高,可降低制造成本20%-40%。所以高速切削的意义不仅仅是得到较高的表面切削质量。
国外对高速切削技术的研究较早,可追溯到20世纪60年代。目前已应用于航空、航天、汽车、模具等多种工业中的钢、铸铁及其何金金、吕、镁合金、超级合金(镍基、铬基、铁基和钛基合金)及碳素纤维增强塑料等符合材料的加工,其中已加工铸铁和铝合金较为普遍。加工钢和铸铁及其合金可达到500-1500m/min,加工铝及其合金可达到3000-4000m/min。
我国在高速切削领域方面的研究起步较晚,20世纪80年代才开始研究高速硬切削。刀具以高速钢、硬质合金为主,切削速度大多在100-200m/min,高速钢在40m/min以内。切削水平和加工效率都比较低。近年来,虽然对高速切削技术已有比较深的认识,进口的部分数控机床和加工中心中也能达到高速切削加工的要求,单由于刀具等原因,高速切削技术应用也较少。目前主要在模具、企鹅车、航空、航天工业应用高速切削技术较多,一般采用进口刀具,仪加工铸铁和铝合金为主。
高速切削技术主要分为两方面,一方面是高速切削刀具技术,包括刀具材料、刀柄和刀夹系统、刀具动平衡技术、高速切削数据库技术、检测与检测系统等;另一方面是高速数控机床技术,包括机床整机结构的静动热态特性、电主轴、直线电机进给系统、数控与伺服系统的高速及高加速度性能、轴承润滑系统、刀具冷却系统等。
典型刀具结构及其特征
BT刀柄
一般切削常用的是BT刀柄,而高速切削用的较多的是HSK刀柄。BT刀柄的锥度为7:24,转速在10000 r/min左右时,刀柄-主轴系统还不会出现明显的变形,但当主轴从10000 r/min 升高到 40000 r/min时,由于离心力的作用,主轴系统的端部将出现较大变形,其径跳由0.2mm左右增加到2.8mm左右。刀柄与主轴咀孔间将出现明显的间隙,严重影响刀具的切削特性,因此BT刀柄一般不能用于高速切削。
HSK刀柄
HSK刀柄锥度结构形式与常用的BT刀柄不同,它是一种新型的高速空心锥形刀柄,采用锥面与端面双重定位的方式,在足够大的拉紧力作用下,HSK 1:10空心刀柄锥柄和主轴1:10锥孔之间在整个锥面和支撑平面上产生摩擦,提供封闭结构的径向定位。平面夹紧定位防止刀柄的轴向窜动。HSK短锥柄部长度短(约为标准BT锥柄长度的1/2)、重量轻,因此换刀时间短。在整个速度范围内,HSK锥柄比BT(7:24)具有更大的动、静向刚度和良好的切削性能。可分为A、B、C、D、E、F型。国内采用A型、C型、E型标准的较多 。
德国Diebold是HSK标准制定的参与者,生产HSK接口的全系列刀柄,如HSK20、HSK25、HSK32、HSK40、HSK50、HSK63、HSK80、HSK100接口刀柄,覆盖了市场上所有的装夹形式,包括:热胀式、筒夹式、液压式、侧固式等。同时也提供HSK、BT、SK、BBT刀柄锥度检测设备。
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