多軸高速切削加工技術教學淺析

李朔

摘 要：多軸高速切削加工技術隨著機械自動控制的發展，簡化復雜零件的加工難度，并且縮短了產品加工周期，提高了零件表面的加工質量正在得到越來越為廣泛的應用。從前較為落后的機械加工工藝手段就幾乎不可能實現高速高精度加工，而采用高速切削工藝裝備和多軸加工機床精加工時使用球銑刀可以使切削出鏡面效果變得容易。

關鍵詞：高速 切削 加工技術

中圖分類號：TG501 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）10（c）-0082-02

1 多軸高速切削加工設備及刀具

1.1 多軸高速切削加工設備

在教學中所介紹的多軸數控加工是大于3軸以上的數控加工設備，多軸機床有4軸聯動和5軸聯動數控加工中心。多軸數控加工中心即直線坐標軸X、Y、Z，還有控制工作臺傾斜角度的A、B 軸和控制主軸回轉角度的C 軸。多軸數控加工中心即同時控制3個以上坐標聯動，還包括數控銑削、鏜削、鉆削等功能組合，工件一次裝夾即可完成各加工面的銑、鏜、鉆等多工序加工，避免了由于多次裝夾的重復定位誤差，提高工件表面精度縮短加工時間。常用的多軸高速加工設備有高速機床有瑞士Mikron公司VCP710、主軸轉速42 000 r/min，進給速度30 m/min，功率14 kW，主軸轉速60 000 r/min，進給速度60 m/min，功率80 kW，德國Roders公司RFM1000主軸轉速42 000 r/min，進給速度30 m/min，功率30 kW等。

多軸高速切削加工其切削速度比是普通數控加工的5～10倍，材料的去除率比普通數控加工高3～5倍。鋁合金高速切削1 100 m/min以上，鑄鐵高速700 m/min，鋼材高速切削380 m/min以上，高速鉆削200～1 200 m/min，高速磨削150～360 m/min。

1.2 多軸高速切削加工的刀具系統

1.2.1多軸高速切削加工的刀柄系統

主軸帶動刀柄、刀具在高速切削旋轉下，較小的偏心會產生較大離心力，從而產生振動，直接影響產品的質量、主軸和刀具的使用壽命。常見的普通BT刀柄系統難以滿足高速切削時的切削剛度和精度要求。常用的高速切削加工刀柄系統，德國HSK刀柄、美國KM刀柄、日本NC5刀柄都是主軸孔都是1∶10錐度，定位方式都是主軸錐孔和刀柄端面，采用這幾種刀柄系統可以提高主軸剛度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且轉速越高其鎖緊力越大。但這種刀柄價格較貴，一般為常規刀柄的1.5～2.0倍主軸轉速至少要達到8 000 r/min以上。其進給速度至少大于20 m/min。40柄以及HSK刀柄20 000～40 000 r/min，KM刀柄達到35 000 r/min以上。瑞典Sandvik 的CAPTO刀柄，主軸采用1/20三棱圓錐，定位方式為錐面與端面同時接觸定位，三棱圓錐的表面大，使刀柄表面壓力低、不易變形、磨損小，因而精度保持性好，三棱圓錐孔加工困難，加工成本高，與現有刀柄不兼容，配合會自鎖。

1.2.2多軸高速切削加工刀具

刀具切削時刀具材料要滿足硬度和耐磨性、強度和韌性、耐熱性等基本條件，還特別要求刀具材料具備高的耐熱性、熱沖擊性、良好的高溫力學性能以及高的可靠性才能保證刀具壽命加工效率、加工質量和加工成本。對于高速銑削對刀具刀柄要求較高，常用的刀具材料金屬陶瓷、涂層硬質合金、硬質合金、立方氮化硼（PCBN），聚晶金剛石（PCD）等，高速切削刀具材料種類和各適應場合，如用細晶粒的K類硬質合金進行鑄鐵粗加工，復合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）復合刀具進行鑄鐵的精加工。用聚晶金剛石PCD或CVD金剛石涂層刀具加工精密加工有色金屬或非金屬材料。高速銑削時根據不同的材料選擇合適的高速銑削刀柄和刀具材料，鑲刀片的整體刀柄在鋁合金高速銑削優先選用。常用刀具材料如表1。

2 多軸高速切削加工的特點刀具軌跡實現方法

采用多軸高速切削加工時應注意：采用基準重合，提高加工精度。多軸高速數控切削加工的工序集中工件在整個加工過程中一次裝夾，保證加工精度，提高了加工效率；裝備合并減少裝夾次數。多軸高速數控加工中心的單由于生產過程鏈的縮短和設備數量的減少，工裝夾具數量減少、車間占地面積和設備維護費用也隨之減少，大型國企忽視設備昂貴的影響；新產品研發周期短。對于機械制造行業新產品零件及成型模具形狀很復雜，精度要求也很高，因此具備高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力很好地解決新產品研發過程中復雜零件加工的精度和周期問題，大大縮短研發周期和提高新產品的成功率。

多軸高速切削加工除了特殊的工藝要求外，還使用CAM編程軟件計算刀路加工軌跡。CAM編程軟件高速加工中的編程系統功能可以實現高速度計算、功能全面的插補輪廓、全程自動刀路過切檢查處理能力、加工中心自動刀柄、刀具與夾具干涉檢查、優化進給速度功能、優化刀具加工軌跡編輯功能、加工余量分析功能等。現在國內外較常用的多軸高速加工編程的有美國EDS公司UG NX、英國DelCAM公司PowerMill、以色列Cimatron軟件都具有CAM功能。為了加工出質量過關復雜零件，使用多軸高速切削加工已成為機械加工行業的加工趨勢。

參考文獻

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