高速加工及其刀具选用实践

包中碧 马 睿

（重庆工业职业技术学院，重庆 渝北 401120）

高速加工技术（HSM）是指采用非常规方法和制造装备对各种尺寸的零件从粗加工到精加工、超精加工时的一种高生产效率加工。高速加工设备的主轴转速不一定非常高，在某些加工领域，用大直径刀具、中等转速就能实现高速加工。CAD/CAM/ CAE高端编程技术，平面铣削、型腔铣削、多轴曲面铣削的应用，同时在各工序间保证切削去除量恒定，采用跟随部件、跟随周边的走刀方式和采用高速刀柄是实现高速加工的必要条件。在对淬硬钢进行精加工时，切削参数通常比普通加工高出4～6倍，如通过一次装夹加工就获得合格零件，采用高速加工技术是一种合理的选择。

1 高速加工的特点

切削速度高，由于切削线速度Vc=πDn/1000，切削线速度Vc与转速n（铣床指铣刀的转速，车床指工件的转速）有关，也与直径D（铣床指铣刀直径，车床指工件直径）有关；而进给速度vf=n×z×fz，n指主轴转速，z指齿数，fz指每齿进给量，切削线速度和进给速度之间的线性关系导致了“进给速度与转速成正比”的关系。如果各个刀齿的进给速度以及刀齿的数量不变，选用较小的刀具直径进行加工，则进给速度会更高，为了对刀具直径较小作出补偿，必须提高转速，以维持相同的切削速度，而转速提高导致了进给速度vf较高。

切深较浅，对于高速加工应用来说，步距和最大切削深度ap以及每层下刀深度hm与常规机械加工相比要小。因此一般情况下材料去除率Q比较小。但在铝材和其他非铁材料的特形铣削加工中，材料去除率Q会很大。

2 高速加工是制造业发展的必然趋势

市场竞争日益激烈，商家对时间和成本效益的要求变得越来越高，对零部件或产品质量提出较高要求，迫使研发机构开发新的加工手段和生产技术，高速加工提供了解决时间和成本效益的途径。

新型材料与复合难加工材料的应用更加突出新的加工手段、加工方法的必要性，航空与航天工业采用特殊耐热和不锈钢合金材料，汽车工业采用大量双金属复合材料、石墨铸铁以及铝合金，模具企业面临50HRC以上高度淬火的工具钢加工，对高速加工提出需求。

在当今的竞争中，汽车产品的平均使用寿命周期为6年，计算机及其配件为1年，手机产品为6个月，结构以及产品方面的升级换代需要高速加工技术的支持；在加工工艺上，采用高速加工，减少装夹次数和简化流程从而缩短加工时间，甚至免除成本高昂而费时的电火花加工(EDM)过程。

在零部件方面，多功能表面越来越多，蜗轮叶片，薄壁工件(医疗设备、电子元件、国防产品和计算机零配件等)结构具有优化功能和特殊用途，以前采用手工或机器人进行抛光处理，现代技术采用高速加工方式进行抛光。随着机床设备、工装夹具、控制器等方面的增强，特别是CAD/CAM/CAE高端编程技术，平面铣削、型腔铣削、多轴曲面铣削的应用，同时在各工序间保证切削去除量恒定，提供了高生产率和过程安全性的准则，满足高速加工的应用条件。

3 高速加工刀具的选用

在模具制造行业，高速加工技术适合粗加工和精加工，合适的工件加工尺寸为500mm×500mm×200mm(长、宽、高)，最大尺寸与高速加工中相对较小的材料去除率有关，也与机床的刚性以及工作台尺寸、行程有关。模具的型腔建议比较浅，并且不要太复杂，编程时铣刀刀路路径设置为往复与顺铣相结合。在一次装夹加工过程中，模具尺寸都比较小，典型工序安排是粗加工、半精加工、精加工以及超精加工，需要对工件进行拐角和陡峭边铣削加工，以便为后面的清根加工预留恒定切屑去除率。

常用的清根刀具直径范围为1～2mm，在大多数情况下采用具有较大拐角半径的整体硬质合金立铣刀或球头立铣刀，整体硬质合金刀具具有加强的切削刃和负倾角，保证刀具最大的粘接韧性；采用切削刃接触长度较短的球头立铣刀，保证挖槽能力，在沿陡峭边而具有较小的间隙壁部进行加工时效果明显。对粗加工和半精加工，采用尺寸较小的、具有可转位刀片的切削刀具，具有最大的刀柄稳定性和抗弯曲韧性，同时采用高速锥度刀柄提高刀具刚度。

在采用高速加工方式对淬硬工具钢进行精加工或超精加工时，切痕要较浅，切深不要超出0.2mm，避免过大的夹紧力和切削力使得刀具变形，保证在模具加工过程中工件表面具备较高的公差等级和几何精度，刀具每刃均匀分布的切屑去除率还可以保证恒定而比较高的生产率，当ae/ap恒定时，切削速度和进给速度将处于恒定水平，在切削刃上将存在较小的机械变化和工作负荷，从而提高刀具寿命。

4 结论

随着制造业的发展高速加工技术为新材料和难加工材料的应用、用户对零部件或产品质量的高要求、新产品更替、装备进步，提供了希望和解决途径，从而带动整个生产力提高。

[1]论高速切削加工技术的应用 [J].先进制造技术，2013（04）：26.

[2]高速切削加工技术及刀具选择[J].数字装备技术，2013（08）：13.