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高速加工中的工艺处理

2017-03-03 16:12:10 | 人围观 | 评论:

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,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。若用全新耐热性更好的刀具材料和涂层,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


       (a)拐角处圆弧走刀                            (b)D型拐角走刀路径
图2 拐角处圆弧走刀路径


         图3 光滑的侧向移刀
        (a)空间圆弧过渡移刀                    (b)外侧圆弧过渡移刀


       (c)内侧圆弧过渡移刀                    (d)高尔夫式过渡移刀


图4 行间光滑移刀


       (a) 螺旋线进刀             (b) 圆弧进退刀             

图5 各种进退刀方式





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