高速铣加工对刀具与刀座有哪些要求

01

HSM对刀具的要求

1.几何形状

刀具振动直接影响加工获得的表面质量。因此，在HSM精加工过程中保持均匀的切削力，以避免刀具振动是极其重要的。

刀具相邻几何特征对切削力的影响:

1)良好的同心度有利于切削刃上载荷的均匀分布；

2)较大的切削刃重叠有利于获得均匀的切削力特性(较大的螺旋角和槽数)；

3)切削长度短有利于更好的刚性(轴的直径比机床的陡壁减小一点)；

4)芯部截面最佳，缺口处应力集中最小。

HSM可用于加工高强度材料，这意味着变形阻力随着待加工材料的硬度而增加。切削刃上的载荷增加，这需要切削刃几何形状的稳定设计。但是在高速切削的状态下，工件表面的自由区域会产生更多的摩擦热，这就意味着必须减小刀具的后角。因此，增加切削刃的稳定性只能通过减小斜角来实现。在硬质材料和脆性刀具材料的情况下，甚至可能导致负斜角。

在刃口尖端磨出精确的拟合半径，避免刃口突然变热时出现赤热状态或局部断裂。

如果待加工工件的形状精度要求很高，所用精加工刀具的球面半径对待加工工件的形状精度有直接影响。因此，作为一个基本条件，在非常精密零件的精加工过程中，使用半径公差非常严格(微米级)的刀具是非常重要的。

2.材料和涂层

刀具材料必须比要加工的材料更硬。工件与刀具材料的硬度差越大，刀具磨损越小，刀具使用寿命越长。因为局部温度很高，还需要保证刀具材料具有抗氧化性。

大热负荷的波动和刀具材料抗氧化的要求，使得细晶碳化钨刀体的涂层成为必要。

经过试验和测试的涂层系统，例如TiN、TiCN和TiAlCN，在HSM处理中很快达到其极限。因此，已经开发了一种多组分涂层系统，其基于具有高铝含量的氮化物，结合了诸如钇、钒或钽的其他元素。使用纳米层结构，立方氮化硼和PKD，可以实现更高的性能。

02

HSM对刀架的要求

由于HSM加工需要很高的主轴速度，最好使用HSK-A和HSK-E刀架系统。由于刀架法兰安装在主轴头上，刀架在Z方向有明确的机械支撑，不会因为转速较高时离心力增大而被拖入主轴。

基本误差可能发生在加工的准备阶段，这使得不可能实现更少的振动和安全的过程控制。为了实现稳定的HSM加工，必须根据要求平衡刀具和刀架装置，并检查它们的同轴度。还必须考虑与不平衡质量相关的转速极限。

不平衡或偏心的旋转刀具系统会导致:

1)非常差的表面质量；

2)非常低的工具寿命；

3)加工稳定性和安全性差；

4)铣削主轴可能损坏。

在下面的示意图中可以清楚地看到由于加工过程中的突然变化而导致的不平衡和与理想同心度的偏差。

与完美同心度相比，没有偏差:理论粗糙度更小。

与完美同心度相比，存在偏差:理论粗糙度较大。

质量平衡对整个旋转系统的动态性能有着重要的影响。

不平衡相当于一个偏心的物体在旋转。这个偏心的物体会引起离心力，离心力的平方值随着转速的增加而增加。这意味着同样的不平衡对转速为42000转/分的主轴产生的离心力是转速为2000转/分的主轴的441倍(212 = 441)。因此，刀架装置在高速加工中的不平衡具有特别明显的不良后果。

通过应用HSM的刀具夹紧技术，您可以将刀架用于以下项目:

夹头；

异径接头。

不推荐使用魏尔东连接器等替代系统，因为它们在HSM处理方面存在明显缺陷。

由于带卡盘的刀架良好的阻尼特性可以给粗加工过程带来良好的效果，所以它可以和变径接头一起达到极高的刚性和重复精度。这对于获得完美的工件表面至关重要。使用异径接头可以获得非常精确的同心度(偏差小于0.003毫米)和大的传动扭矩。

各种变径刀架的设计结构:传递扭矩取决于夹紧设备的设计结构；有了不同的设计，可能就大不一样了。