高速切削刀具的介紹和選型

1、高速切削刀具的介紹和選型高速切削刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。高速銃削 刀具必須具備可靠的安全性和高的耐用度。高速切削刀具的安全性必須考慮：刀具強(qiáng)度,刀具夾持刀片壓緊刀具動(dòng)平衡高速切削刀具的耐用度與下列因素有關(guān)：刀具材料刀尖結(jié)構(gòu)切削用量,走刀方式冷卻條件刀具工件材料匹配1.刀具材料高速銃削刀具材料主要有硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶 瓷、立方氮化硼（CBN和金剛石刀具。硬質(zhì)合金 高速銃刀通常采用細(xì)晶粒或超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（晶粒 尺寸0.21區(qū)項(xiàng)，根據(jù)被加工材料選鴇鉆類或鴇鈦鉆類硬質(zhì)合金，但 含鉆量一般不超過6%涂層刀具 高速銃削大量采用的是涂層刀具，基體有高速鋼、硬 質(zhì)合金和陶瓷，但以

2、硬質(zhì)合金為主。涂層材料有TiCN、TiAlN、TiAlCN、 CBN A12O3、CN痔,通常采用多層復(fù)合涂層，如：TiCN+Al2O3+TiN TiCN+A12O3 TiCN+A12O3+HfN, TiN+A12O3 , TiCN, TiB2 , TiAlN/TiN 和TiAlN等。采用物理氣相沉積的TiAlN涂層硬質(zhì)合金在高速銃削時(shí) 具有良好的切削性能。最新發(fā)展的TiN/AlN納米涂層刀具也適合用于 高速切削。金屬陶瓷 主要有高耐磨性的 TiC 基金屬陶瓷（TiC+Ni or M。,高韌性TiC基金屬陶瓷（TiC+TaC+WC+Co增強(qiáng)型TiCN基金 屬陶瓷（TiCN+NbC,相比硬質(zhì)合金

3、改善了刀具的高溫性能，適合高 速加工合金鋼和鑄鐵。陶瓷刀具陶瓷刀具分為氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷和復(fù)合陶瓷三 類，具有高硬度、高耐磨性、熱穩(wěn)定性，其中Al2O3基陶瓷約占2/3, 化學(xué)活性低，不易粘結(jié)和擴(kuò)散磨損，強(qiáng)度、斷裂韌性、導(dǎo)熱性和耐熱 沖擊性較低，適合加工鋼件。Si3N4基陶瓷約占1/3,比Al2O3陶瓷 有較高的強(qiáng)度、斷裂韌性和耐熱沖擊性，但化學(xué)穩(wěn)定性不如 Al2O3陶瓷，適于高速銃削鑄鐵。Si3N4-Al2O3復(fù)合陶瓷（Sialon）具有較高的強(qiáng)度和斷裂韌性，高 的抗氧化性和抗高溫蠕變性，高的抗熱沖擊性，但不適合加工鋼件， 可用于高速粗加工鑄鐵和銀基合金。CBN CBNT3具具有高硬度、

4、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性， 但強(qiáng)度稍低。按重量比分，低含量 CBN（50%-65%可用于淬硬鋼的 精加工。高含量CBN (80%- 90%可用于高速銃削鑄鐵，淬硬鋼的粗 加工和半精加工。金剛石分天然金剛石和聚晶金剛石，高速銃削主要采用聚晶金 剛石，具有非常高的硬度、導(dǎo)熱性，低的熱膨脹系數(shù)，通常用于高速 加工有色金屬和非金屬材料。晶粒越細(xì)越好，高速切削含Si量小于12%勺鋁合金可用晶粒尺寸1025區(qū)m的聚晶金剛石，高速切削含 Si 量大于12%勺鋁合金和非金屬材料可用晶粒尺寸 89區(qū)m的聚晶金剛 石。目前在高速銃削加工中，應(yīng)用最多的是整體硬質(zhì)合金刀具，其 次是機(jī)夾硬質(zhì)合金刀具。在高轉(zhuǎn)速下應(yīng)

5、用機(jī)夾刀具加工時(shí)，應(yīng)注意刀 具的動(dòng)平衡等級(jí)以及最高許用轉(zhuǎn)速。典型的高速銃削刀具圖中列出幾種典型的高速銃削刀具，分為整體式和機(jī)夾式量類小直徑銃刀一般采用整體式，大直徑銃刀采用機(jī)夾式。高轉(zhuǎn)速機(jī)床對(duì) 刀具直徑有一定限制，整體式高速銃刀在出廠時(shí)經(jīng)過動(dòng)平衡檢驗(yàn)， 使 用時(shí)比較方便，而機(jī)夾式需要在每次裝夾刀片后進(jìn)行動(dòng)平衡， 所以整 體式比較常用。機(jī)床在轉(zhuǎn)速比較低、能提供較大扭矩時(shí)可采用機(jī)夾式 銃刀。銃刀節(jié)距定義為相鄰兩個(gè)刀齒見的周向距離，受銃刀刀齒數(shù)影響。短節(jié)距意味著較多的刀齒和中等的容屑空間， 允許高的金屬去除 率。一般用于鑄鐵銃削和中等負(fù)荷銃削鋼件，通常作為高速銃刀首選。大節(jié)距銃刀齒數(shù)較少，容屑空間大

6、，常用于鋼的粗加工和精加工，以 及容易發(fā)生振動(dòng)的場(chǎng)合。超密節(jié)距的容屑空間小，可承受非常高的進(jìn) 給速度，適合鑄鐵斷續(xù)表面加工，鑄鐵的粗加工和鋼件的小切深加工。3.刀桿結(jié)構(gòu)HSKT3桿示意圖刀桿夾頭形式當(dāng)機(jī)床最高轉(zhuǎn)速達(dá)到15000轉(zhuǎn)/分時(shí)，通常需要采用HSK高速 銃刀刀桿，或其他種類的短柄刀桿。HSK3桿為過定位結(jié)構(gòu)，提供與 機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)，在機(jī)床拉力作用下，保證刀桿短錐和端面與機(jī)床緊密 配合。刀桿夾緊刀具的方式主要有側(cè)固式、彈性?shī)A緊式、液壓夾緊式 和熱膨脹式等。側(cè)固式難以保證刀具動(dòng)平衡，在高速銃削式不宜采用， 下面的圖是彈性?shī)A緊式、液壓夾緊式和熱膨脹式刀桿示意圖， 其中熱 膨脹式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊可靠

7、、同心度高，傳遞扭矩和徑向力大，剛性 足，動(dòng)平衡性好，是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ稐U結(jié)構(gòu)。熱膨脹式刀桿夾頭的刀孔與刀柄為過盈配合，須采用專用熱膨 脹裝置裝卸刀具，一般使用電感加熱或熱空氣加熱刀桿， 使刀孔直徑 膨脹，然后將刀柄插入刀，冷卻后孔徑收縮將刀柄緊緊夾住。在以上三種刀具裝夾方式中，以熱膨脹裝夾的刀具安裝精度最高，同時(shí)能提供更大的扭矩。特別是在應(yīng)用小直徑刀具進(jìn)行高速加工時(shí)，熱膨脹裝夾更具優(yōu)勢(shì)。EE thI Mllftrf Inr ur臭 nl FtM-Kt teAi BAdn -tAft deMh1 cWj k g量盛IEM nil 碗EX 中情中1 KDM 1陷上腫；UnHid ilh 333

8、；-piDOf H Rfgni V4*f幾種裝夾方式的刀具定位精度對(duì)比高轉(zhuǎn)速情況下會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，會(huì)造成兩種危險(xiǎn)，一是普通彈簧夾頭夾緊力會(huì)下降，二是大直徑刀具可能會(huì)破壞，同時(shí)，飛濺 的切屑和崩刃具有很高的動(dòng)能，對(duì)可能會(huì)造成人身傷害。因此，工藝 系統(tǒng)必須有高標(biāo)準(zhǔn)的防護(hù)措施。根據(jù)試驗(yàn)，不同直徑的刀具對(duì)應(yīng)一個(gè) 破壞轉(zhuǎn)速，因此，在一定的轉(zhuǎn)速范圍，使用刀具的最大直徑受到安全性的限制，如圖所示。1DD5CO1JLL加0053COS 1012 U 25 52 4080 1W1251W31； 5M C3Q77W旦桂Di廿高速旋轉(zhuǎn)刀具安全操作標(biāo)準(zhǔn)(DIN 6589-1 ) 4.刀具動(dòng)平衡當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過12000min-1后，必須考慮刀具動(dòng)平衡問題，過大的動(dòng)不平衡將影響加工表面質(zhì)量， 刀具壽命和機(jī)床精度。首先應(yīng)選 用經(jīng)過動(dòng)平衡的高質(zhì)量刀桿與刀具， 應(yīng)盡量選用短而輕刀具，定期檢 查刀具與刀桿的疲勞裂紋和變形征兆。刀具動(dòng)平衡分機(jī)外動(dòng)平衡和機(jī)上動(dòng)平衡兩種。機(jī)外動(dòng)平衡需專用機(jī)外動(dòng)平衡機(jī)，由動(dòng)力裝置提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，測(cè)量出動(dòng)不平衡的質(zhì)量 和相位，再通過調(diào)整平衡環(huán)或在特定位置去掉部分材料， 使刀具系統(tǒng) 達(dá)到動(dòng)平衡標(biāo)準(zhǔn)的