【正文】 和優(yōu)化，包括螺旋角、排屑槽形狀、齒數(shù)、鉆尖形狀、刀柄結(jié)構(gòu)、切削刃負(fù)荷分布和冷卻方式等，使切削過程更合理、排屑更順暢、切削力更小、切削溫度更低、刀具壽命更長以及提高加工精度等。 高速鉆、鉸和攻螺紋的加工工藝過程中，改進(jìn)加工參數(shù)和加工條件，有利于提高切削速度在鉆削中，生成的連續(xù)切屑要能從鉆頭的槽中順利排出來。然而鉆得越深排屑越難，因此產(chǎn)生的切削熱不容易散出去，一部分傳到刀柄，一部分傳給工件。在高速鉆削中，迫切需要解決排屑和散熱問題. 改進(jìn)的方法之一是改善潤滑和冷卻條件。在鉆削中采用刀具中心通切削液是比較好的一種方法，一方面更好的冷卻、潤滑，另一方面也有利于排屑，特別是在鉆較深的孔時，效果更好。(3）高速銑削 高速銑削是為了滿足航空中大型整體零件的加工和模具行業(yè)高硬度腔體加工要求而發(fā)展起來的。高速切削技術(shù)及其刀柄結(jié)構(gòu) 文章來源： 文章作者：newmaker 發(fā)布時間：19700101 字體： [大 中 小] 今切削刀具與加工對象的匹配研究發(fā)動機(jī)曲軸高效加工技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)高效加工在飛機(jī)機(jī)翼整體壁板加工上鋁合金加工硬質(zhì)合金高速立銑刀的分現(xiàn)代發(fā)動機(jī)刀具應(yīng)用的“現(xiàn)代”思維高速切削加工技術(shù)在航空薄壁結(jié)構(gòu)中高進(jìn)給圓弧角銑刀ASR多刃型機(jī)夾刀具的單螺釘防松楔緊和防松微日導(dǎo)讀摘要：高速切削技術(shù)是近十多年來發(fā)展最為迅速的先進(jìn)制造技術(shù)之一。文章在論述高速切削技術(shù)發(fā)展歷程和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，著重研究了高速切削技術(shù)中的刀柄結(jié)構(gòu)，包括HSK、KM及CAPTO，并比較了常用的BT刀柄與HKS、KM刀柄的拉緊特性。對高速旋轉(zhuǎn)所帶來的特殊的動平衡問題及其執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)也作了敘述。 概述 高速切削是一個相對概念，并且隨著時代的進(jìn)步而不斷變化。一般認(rèn)為高速切削或超高速切削的速度為普通切削加工的5～10倍?？梢詮牟煌慕嵌葘η邢魉俣冗M(jìn)行劃分，如從加工工藝的角度看，高速切削加工范圍為：車削700~7000m/min；銑削300~6000m/min；鉆削200~1100m/min；磨削150~360m/min。也可以根據(jù)被加工材料來確定高速切削的范圍，如加工鋼材達(dá)到380m/min以上、鑄鐵700m/min以上、銅材1000m/min以上、鋁材1100m/min以上。也可以根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速、功率、錐孔大小、和平衡標(biāo)準(zhǔn)來劃分，如按主軸的Dn值劃分，高速主軸的Dn值一般為500000~2000000；對于加工中心，可按主軸錐孔的大小來劃分：50號錐——10000~20000r/min；40號錐——20000~40000r/min；30號錐——25000~40000r/min；HSK錐——20000~40000r/min；KM錐——35000r/min以上。而根據(jù)ISO—1940，高速主軸的轉(zhuǎn)速至少要超過8000r/min。1978年CIRP切削委員會將高速切削定為500～7500 m/min[1][2][3]。 熱點(diǎn)模具網(wǎng)論壇研究表明：隨著切削速度的提高，切削力會降低15～30％以上，切削熱量大多被切屑帶走，加工表面質(zhì)量可提高1～2級，生產(chǎn)效率的提高，可降低制造成本20％～40％。所以高速切削意義不僅僅是得到較高的表面切削質(zhì)量[2]。 國外對高速切削技術(shù)的研究比較早，可以追溯到20世紀(jì)60年代。目前已應(yīng)用于航空、航天、汽車、模具等多種工業(yè)中的鋼、鑄鐵及其合金、鋁、鎂合金、超級合金（鎳基、鉻基、鐵基和鈦基合金）及碳素纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料的加工，其中以加工鑄鐵和鋁合金最為普遍。加工鋼和鑄鐵及其合金可達(dá)到500～1500 m/min，加工鋁及其合金可達(dá)到3000～4000 m/min[3]。 我國在高速切削領(lǐng)域方面的研究起步較晚，20世紀(jì)80年代才開始研究高速硬切削。刀具以高速鋼、硬質(zhì)合金為主，切削速度大多在100～200 m/min，高速鋼在40 m/min以內(nèi)。切削水平和加工效率都比較低。近年來，雖然對高速切削技術(shù)已有比較深的認(rèn)識，進(jìn)口的部分?jǐn)?shù)控機(jī)床和加工中心中也能達(dá)到高速切削加工的要求，但由于刀具等原因，高速切削技術(shù)應(yīng)用也較少。目前主要在模具、汽車、航空、航天工業(yè)應(yīng)用高速切削技術(shù)稍多，一般采用進(jìn)口刀具，以加工鑄鐵和鋁合金為主[3]。 高速切削技術(shù)主要分為兩方面，一方面是高速切削刀具技術(shù)，包括刀具材料、刀柄和刀夾系統(tǒng)、刀具動平衡技術(shù)、高速切削數(shù)據(jù)庫技術(shù)、檢測與監(jiān)控系統(tǒng)等；另一方面是高速數(shù)控機(jī)床技術(shù)，包括機(jī)床整機(jī)結(jié)構(gòu)的靜動熱態(tài)特性、電主軸、直線電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)、數(shù)控與伺服系統(tǒng)的高速及高加速度性能、軸承潤滑系統(tǒng)、刀具冷卻系統(tǒng)等。本文重點(diǎn)談?wù)劯咚偾邢骷夹g(shù)中的刀柄結(jié)構(gòu)。 中國熱模網(wǎng)首發(fā)典型的刀柄結(jié)構(gòu)及其特性 一般切削最常用的是BT刀柄，而高速切削用得比較多的是HSK刀柄。 BT刀柄的錐度為7：24，轉(zhuǎn)速在10,000r/min左右時，刀柄－主軸系統(tǒng)還不會出現(xiàn)明顯的變形，但當(dāng)主軸從10,000 r/min升高到40,000 r/min時，由于離心力的作用，主軸系統(tǒng)的端部將出現(xiàn)較大變形， m左右。刀柄與主軸錐孔間將出現(xiàn)明顯的間隙（見圖1），嚴(yán)重影響刀具的切削特性，因此BT刀柄一般不能用于高速切削[3]。 圖1 高速下離心力造成BT刀柄－主軸系統(tǒng)變形 熱點(diǎn)模具網(wǎng) HSK刀柄錐的結(jié)構(gòu)形式與常用的BT刀柄不同，它是一種新型的高速錐型刀柄，采用錐面與端面雙重定位的方式（見圖2），在足夠大的拉緊力作用下，HSK 1：10空心工具錐柄和主軸1：10錐孔之間在整個錐面和支承平面上產(chǎn)生摩擦，提供封閉結(jié)構(gòu)的徑向定位。 圖2 HSK的雙重定位結(jié)構(gòu) 熱點(diǎn)模具網(wǎng)博客平面夾緊定位防止刀柄的軸向竄動。HSK短錐柄部長度短（約為標(biāo)準(zhǔn)BT錐柄長度的1/2）、重量輕，因此換刀時間短。在整個速度范圍內(nèi)，HSK錐柄比BT（7：24）具有更大的動、靜徑向剛度和良好的切削性能。分為A、B、C、D、E、F型（見圖3）。 圖3 HSK結(jié)構(gòu)形式 熱點(diǎn)模具網(wǎng)國內(nèi)采用DIN6989b－1中的A型和C型標(biāo)準(zhǔn)，如HSK50A、HSK63A、HSK100A等。HSK50和HSK63刀柄的主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)25,000 r/min，HSK100刀柄可達(dá)12,000r/min，精密平衡后的HSK刀柄可達(dá)40,000r/min。隨著轉(zhuǎn)速增加，徑向剛度將有所降低，見圖4。 圖4 HSK與BT錐柄主軸轉(zhuǎn)速與徑向剛度關(guān)系比較 熱點(diǎn)模具網(wǎng)博客KM刀柄是1987年美國Kennametal公司與德國Widia公司聯(lián)合研制的1:10短錐空心刀柄（見圖5），其長度僅為標(biāo)準(zhǔn)7:24錐柄長度的1/3。由于配合錐度比較短，且刀柄設(shè)計成中空結(jié)構(gòu)，在拉桿軸向拉力的作用下，短錐可徑向收縮，所以有效地解決了端面與錐面同時定位而產(chǎn)生的干涉問題。 圖5 KM刀柄的結(jié)構(gòu) 熱點(diǎn)模具網(wǎng)博客 研究表明：與BT刀柄相比，HSK刀柄與KM刀柄具有更加優(yōu)越的靜剛度和動剛度，其中由于KM刀柄的拉緊力與鎖緊力明顯大于HSK刀柄，所以KM刀柄的性能最優(yōu)。它們的結(jié)構(gòu)及性能比較見表1。 刀柄型號BT40HSK63BKM6350刀柄結(jié)構(gòu)及主要尺寸鎖緊機(jī)構(gòu)柄部結(jié)構(gòu)特征7:24實(shí)心1:10空心1:10空心結(jié)合及定位部位錐面錐面 端面錐面 端面?zhèn)髁Y(jié)構(gòu)彈性套筒彈性套筒鋼球拉緊力/kN鎖緊力/kN過盈量/μm—3~101025此篇文章來自中國熱點(diǎn)模具網(wǎng)其他高速刀柄結(jié)構(gòu) 高速切削在實(shí)際生產(chǎn)中使用得越來越多，但其高速刀柄的結(jié)構(gòu)并不象BT刀柄那樣通用，許多方面還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，所以高速刀柄的形式多種多樣，如Sandvik公司生產(chǎn)的CAPTO刀柄就很特殊，其刀柄為三棱體錐，而不是常見的圓錐型，錐度為1:20，見圖6。 圖6 Sandvik公司的CAPTO刀柄 熱點(diǎn)模具網(wǎng)由于三棱錐的表面比較大，所以刀具的表面壓力低、不易變形、精度保持性比較好。另外由于該結(jié)構(gòu)不需要傳動鍵就可以實(shí)現(xiàn)正反兩個方向的轉(zhuǎn)矩傳遞，所以消除了由于鍵和鍵槽引起的動平衡問題。見圖圖8。當(dāng)然也帶來了成本高，與其他現(xiàn)有刀柄不兼容等缺點(diǎn)。 圖7 CAPTO刀柄承受彎矩的情形 熱點(diǎn)模具網(wǎng) 圖8 CAPTO刀柄承受扭矩的情形 中國熱模網(wǎng)首發(fā) 高速刀柄的平衡技術(shù) 由于刀體里存在缺陷，或刀具設(shè)計不對稱，或刀具進(jìn)行過新的調(diào)節(jié)，都有可能引起刀具系統(tǒng)的不平衡。高速旋轉(zhuǎn)的刀柄如果不平衡量太大不僅會引起主軸及其部件的額外振動，還會引起刀具的不規(guī)則磨損，縮短刀具壽命，降低零件的加工質(zhì)量。一般在6000 r/min 以上就必須平衡，以保證安全。 旋轉(zhuǎn)部件的不平衡量ψ是指質(zhì)量重心偏離旋轉(zhuǎn)軸心的量，即： ψ=em （1） 式中 e——偏心量（mm）； m——旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量（g）。 根據(jù)牛頓第二定律，由于不平衡量的存在，在旋轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生與速度平方成正比的離心力F。對于旋轉(zhuǎn)體的平衡，用G參數(shù)對剛性旋轉(zhuǎn)體進(jìn)行分級。G后面的數(shù)字越小，平衡等級越高。在該標(biāo)準(zhǔn)中，允許的不平衡量U（g?mm）為： 熱點(diǎn)模具網(wǎng) 式中 G——G等級量，每單位旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量所允許的殘余不平衡量（g?mm/kg）； m——旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量（kg）； n——主軸轉(zhuǎn)速（rpm）； 9545——常數(shù)。 對不同機(jī)床的動平衡要求：；；；；6000rpm以上的高速切削刀具和刀柄系統(tǒng)必須使動平衡≤。 高速切削刀具系統(tǒng)的動平衡措施有：裝平衡環(huán)、內(nèi)裝動平衡機(jī)構(gòu)的刀柄（通過調(diào)整補(bǔ)償環(huán)移動內(nèi)部配重的位置以補(bǔ)償不平衡量）、增加材料或去除材料。 在使用過程中，一定要注意并不是平衡等級越高越好，還要考慮到經(jīng)濟(jì)性成本問題，更好的平衡是與加工精度相當(dāng)。一般認(rèn)為只要整個不平衡力小于切削力，則進(jìn)一步的平衡不大可能改善切削質(zhì)量。 Sandvik公司是國際刀具制造業(yè)大亨，他們對刀具平衡問題也做了相當(dāng)深入的研究，并指出現(xiàn)在在機(jī)床上執(zhí)行的ISO19401標(biāo)準(zhǔn)具有不合理性，一是該標(biāo)準(zhǔn)原先是針對電廠渦輪機(jī)的剛性轉(zhuǎn)子而制定的，并不是針對機(jī)床主軸和刀具系統(tǒng)制定的；二是該標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)床來說過于嚴(yán)格，執(zhí)行起來并不經(jīng)濟(jì)。 結(jié)束語 目前市場上性能優(yōu)越且應(yīng)用量比較大的高速刀柄主要是HSK和KM。但KM刀柄的應(yīng)用主要在美國市場，就德國的HSK刀柄而言，不僅生產(chǎn)量大，應(yīng)用普遍，而且得到了國際上的廣泛認(rèn)可，世界各國大部分機(jī)床公司在生產(chǎn)高速機(jī)床時都將HSK作為首選刀柄，國內(nèi)在開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用高速刀柄的過程中也基本與此趨勢相一致。就目前高速刀柄技術(shù)的發(fā)展趨勢來看，可以預(yù)見今后在刀柄帶平衡裝置和減振裝置、多功能智能型刀柄、整個刀具系統(tǒng)的全自動平衡系統(tǒng)等方面將有較大的發(fā)展空間；而在應(yīng)用方面將著重解決刀具結(jié)構(gòu)與形式的統(tǒng)一、采用雙面定位系統(tǒng)、提高各元件的制造精度、提高總體的平衡精度等問題。高速切削技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用將為我國制造技術(shù)水平的提高發(fā)揮更大作用。 (end) 上一篇：發(fā)動機(jī)曲軸高效加工技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)展 下一篇：切削刀具與加工對象的匹配研究 數(shù)控加工刀具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 文章來源： 文章作者：成都工具研究所 王瑚 發(fā)布時間：19700101 字體： [大 中 小] 今現(xiàn)代汽車制造技術(shù)與工具技術(shù)進(jìn)步切削刀具與加工對象的匹配研究高速切削技術(shù)及其刀柄結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)曲軸高效加工技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)高效加工在飛機(jī)機(jī)翼整體壁板加工上鋁合金加工硬質(zhì)合金高速立銑刀的分現(xiàn)代發(fā)動機(jī)刀具應(yīng)用的“現(xiàn)代”思維高速切削加工技術(shù)在航空薄壁結(jié)構(gòu)中日導(dǎo)讀近年來，在微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息工程和材料工程等高新技術(shù)的推動下，傳統(tǒng)的制造技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，迅速發(fā)展成為一門新興的制造技術(shù)——數(shù)字化制造技術(shù)。對比傳統(tǒng)制造技術(shù)，其重要的特征就是數(shù)控加工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，這一發(fā)展的原動力來自于制造業(yè)對產(chǎn)品制造效率的強(qiáng)烈追求。在這一背景下，以制造業(yè)為主要服務(wù)對象的刀具制造及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速。大量高速、高效、柔性、復(fù)合、環(huán)保的數(shù)控加工刀具及應(yīng)用新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，使傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)發(fā)生了根本的變化。如今，硬切削、干式切削、高速高效加工已成為現(xiàn)代切削技術(shù)的重要標(biāo)志，并帶動著切削加工技術(shù)水平的全面提高，已成為數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)。刀具產(chǎn)品已發(fā)展成為高附加值、高科技含量的產(chǎn)品，包含著當(dāng)代材料、信息科學(xué)、計算機(jī)、微電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中的最新成果。 當(dāng)前，刀具材料進(jìn)展的主要特點(diǎn)是：一方面硬質(zhì)合金取代高速鋼成為主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。 在硬質(zhì)合金基體方面 （1）硬質(zhì)合金新牌號的開發(fā)越來越具有很強(qiáng)的針對性 如美國Kennametal公司僅針對不同被加工材料的車削加工牌號就有：加工鋼材的KC91加工不銹鋼的KC922加工鑄鐵的KY13加工耐熱合金的KC54加工淬硬材料的KC55加工非鐵材料的KY1615，新牌號比原牌號平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工鑄鐵的TK1000、TK2000新牌號，可提高切削速度20%～30%，而該公司為加工鋼件開發(fā)的TP3000在重切削、斷續(xù)切削、大進(jìn)給的應(yīng)用中則有很好的可靠性。 中國熱點(diǎn)模具網(wǎng)鑄鐵和不銹鋼是目前兩種應(yīng)用較多的工件材料，然而兩者的可加工性有很大的差異，很多公司都開發(fā)出了加工這兩種材料的專用牌號。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司開發(fā)的黑金剛刀片系列，是專門加工鑄鐵的硬質(zhì)合金刀片，包括可干式高速加工灰鑄鐵的YBD05可高速加工球墨鑄鐵的YBD10可用于中高速或銑削的YBD152 及適用中低速濕式銑削或斷續(xù)條件下車削的YBD252等牌號。這些新牌號比原有的牌號可提高切削速度30%～40%，使用壽命可提高將近40%～50%。在加工不銹鋼方面，瑞典Sandvik公司車削奧氏體不銹鋼的GC2015是具有梯度區(qū)的抗塑性變形和改進(jìn)熱硬性的基體，加上專為此牌號而設(shè)計的TiNTiN/Al2O3（多層）TiCN涂層，并對涂層表面進(jìn)行平滑處理，提高了抗磨料磨損、抗剝落、抗積屑瘤的能力。而韓國KORLOY公司的PC9530為銑削不銹鋼的牌號，采用超細(xì)顆粒的基體和PVD涂層。 （2）在新牌號的開發(fā)中重視基體和涂層的優(yōu)化組合 對于適合高速加工的牌號，其基體應(yīng)有較高抗塑性變形的能力和富鈷的表層及抗月牙磨損的涂層；對于適合斷續(xù)切削的牌號，基體和涂層都要有較好的韌性。Sandvik公司車削鑄鐵的專用牌號GC320GC32GC3215為CVD涂層硬質(zhì)合金，分別用于灰鑄鐵的高速加工、球墨鑄鐵的高速加工、各種鑄鐵的中低速的斷續(xù)切削加工，這三種牌號分別采用不同的硬質(zhì)合金基體和不同厚度的Al2OMTTiCN涂層。日本三菱綜合材料公司開發(fā)的車削鑄鐵用的UC510UC5115硬質(zhì)合金CVD涂層牌號，前者用于灰鑄鐵或球墨鑄鐵的高速連續(xù)切削，采用高硬度的基體，后者用于球墨鑄鐵的不穩(wěn)定條件加工，采用強(qiáng)韌的基體；兩者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纖維狀的TiCN厚膜。藍(lán)幟集團(tuán)的BOEHLERIT公司的車削鑄鐵牌號Casttec LC6