技術(shù)中心2024-12-21
現(xiàn)代化加工中，HSM高速銑削是被廣泛使用的一項(xiàng)重要技術(shù)。通過應(yīng)用HSM銑削技術(shù)，可以銑削各種軟硬材料，適合絕大部分精密模具的加工及高精密銅、石墨電極的加工。圍繞此技術(shù)的討論很多，常見的有：
“高速銑的原理和傳統(tǒng)銑削有什么不同？”
“高速銑對切削刀具和夾座的要求？”
“高速銑會(huì)代替電火花加工嗎？”
“高速銑的原理和傳統(tǒng)銑削有什么不同？”
“高速銑對切削刀具和夾座的要求？”
“高速銑會(huì)代替電火花加工嗎？”
一、高速銑削時(shí)的情況
隨著轉(zhuǎn)速增加到一定程度時(shí)，則刀具的溫度和切削力反而會(huì)逐漸下降。這種現(xiàn)象被用在了高速銑削技術(shù)中。
傳統(tǒng)銑削
高速銑削
材料移除面積大但速度慢
材料移除面積小但速度快
產(chǎn)生溫度高
產(chǎn)生溫度低
成品精度低, 刀具損耗快
成品精度高, 刀具損耗慢
表面不佳
表面良好
▲ 不同銑削方式的對比
▲ 高速切削熱源的分散比率
▲ 高速銑削(HSM)和高效能銑削(HPM)加工理念
例：粗加工淬硬鋼，材料硬度 >55HRC
二、高速銑削的應(yīng)用范圍
? 為了與主軸規(guī)格相匹配，保證加工的穩(wěn)定性和安全起見，刀具直徑不超過16mm(HSK-E40)。
? 與傳統(tǒng)銑削相比，高速銑削的切削去除率相對比較小，對于小零件和模具加工應(yīng)用非常適合。
? 可應(yīng)用于薄片加工、微細(xì)加工等等新的加工應(yīng)用。
? 是軟材或超硬材料的新理念加工工法。
? 與傳統(tǒng)銑削相比，高速銑削的切削去除率相對比較小，對于小零件和模具加工應(yīng)用非常適合。
? 可應(yīng)用于薄片加工、微細(xì)加工等等新的加工應(yīng)用。
? 是軟材或超硬材料的新理念加工工法。
▲ 鋁件壁厚為0.5mm，如果沒有高速銑削技術(shù)該零件可能無法生產(chǎn)
三、HSM對切削刀具的要求
1. 幾何形狀
刀具振動(dòng)直接影響加工所獲得的表面質(zhì)量。因此，在HSM精加工過程中保持刀具均勻的切削力極其重要，避免引發(fā)刀具振動(dòng)。刀具相鄰幾何特性對切削力的影響有：
? 同心度好有利于負(fù)載在切削刃上均勻分布；
? 較大的切削刃重疊有利于獲得均勻的切削力特性（較大螺旋角和槽數(shù)）；
? 短切削長度有利于獲得較好的剛性（相對于機(jī)床陡壁，軸的直徑被減小一點(diǎn)）；
? 芯部橫截面狀態(tài)最好，槽口處的應(yīng)力集中最小。
? 同心度好有利于負(fù)載在切削刃上均勻分布；
? 較大的切削刃重疊有利于獲得均勻的切削力特性（較大螺旋角和槽數(shù)）；
? 短切削長度有利于獲得較好的剛性（相對于機(jī)床陡壁，軸的直徑被減小一點(diǎn)）；
? 芯部橫截面狀態(tài)最好，槽口處的應(yīng)力集中最小。
2. 材料和涂層
刀具材料必須比待加工材料硬。工件材料與刀具材料之間的硬度差越大，刀具磨損越小，刀具使用壽命越長。因?yàn)榫植繙囟群芨撸€必須保證刀具材料具有抗氧化性。
四、HSM對夾座的要求
由于在HSM加工中需要很高的主軸速度，因此，最好使用HSK-A和HSK-E系統(tǒng)。由于夾座法蘭安裝在主軸頭上，夾座在Z方向上有明確的機(jī)械支撐，因此，在較高轉(zhuǎn)速下，不會(huì)因離心力增大而拖進(jìn)主軸。
要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的HSM加工，按照要求對刀具和刀座裝置進(jìn)行平衡并對其同軸度進(jìn)行檢查是至關(guān)重要的。還必須考慮與未平衡質(zhì)量有關(guān)的旋轉(zhuǎn)速度極限。平衡不好或不同心的旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)將導(dǎo)致表面質(zhì)量、刀具使用壽命、加工穩(wěn)定性和安全性下降。
加工過程中因產(chǎn)生突變而造成不平衡以及偏離理想同心度，其結(jié)果在下面的原理圖中看得非常清楚：
▲ 與完美同心度相比無偏差：較小的理論粗糙度
▲ 與完美同心度相比有偏差：較大的理論粗糙度
平衡質(zhì)量對整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有著重要的影響。不平衡相當(dāng)于有一個(gè)偏心物體在旋轉(zhuǎn)，引發(fā)離心力，其隨著轉(zhuǎn)速的增加呈平方值增大。這意味著相同的不平衡在轉(zhuǎn)速為42,000 rpm的主軸上引發(fā)的離心力是轉(zhuǎn)速為2,000 rpm主軸的441倍（212 = 441）。因此，高速加工中刀具刀座裝置的不平衡具有特別明顯的不良后果。
應(yīng)用HSM中的刀具夾緊技術(shù)，可以與夾頭和縮徑接頭一起使用夾座：
應(yīng)用HSM中的刀具夾緊技術(shù)，可以與夾頭和縮徑接頭一起使用夾座：
由于帶夾頭的夾座良好的阻尼特性能夠給粗加工過程帶來好的效果，因此，與縮徑接頭一起可以達(dá)到極高的剛性和重復(fù)精度。各種縮徑刀座的傳遞扭矩取決于夾緊設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，它們可能區(qū)別很大。
五、高速銑會(huì)替代電火花加工嗎？
在模具加工中，高速銑可加工60HRC的淬硬鋼件。因此，高速銑加工允許在熱處理以后再進(jìn)行切削加工，減少了電火花加工的工作量。但是客觀地講，高速銑加工技術(shù)不是萬能的，它的產(chǎn)生源于對傳統(tǒng)銑削加工和電火花加工工藝弱點(diǎn)的補(bǔ)充，它的成熟發(fā)展逐漸拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，但由于受銑削加工方式本身特點(diǎn)的制約，它在模具加工中不可能替代電火花加工。這里以模具企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來作一些分析和介紹。
1. 電火花加工的優(yōu)勢及其應(yīng)用
概括地說，電火花加工的優(yōu)勢主要反映在深槽窄縫的加工，內(nèi)清角的加工，棱邊清晰的加工，細(xì)微、復(fù)雜、精密加工，深型腔的加工等，還有超硬材料的加工，這些都是高速銑加工能力欠缺之處?？芍诩?xì)微復(fù)雜形狀的精密模具制造中，電火花加工占有絕對優(yōu)勢。
隨著高速銑加工技術(shù)的快速發(fā)展，電火花加工技術(shù)確是受到了不小的沖擊，但面對挑戰(zhàn)，電火花加工融合了先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)，目前數(shù)控電火花成形機(jī)各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到了很高的水平，能獲得棱邊棱角高度精確的微細(xì)型腔，能獲得Ra值小于0.1微米的鏡面加工效果。另外，近年來發(fā)展起來的電火花數(shù)控銑削加工、混粉電火花大面積精加工等技術(shù)，展現(xiàn)了電火花加工新的活力。
對于精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角等的加工，電火花加工應(yīng)該作為首要選擇的工藝；對于復(fù)雜形狀部位的加工， 特別是當(dāng)?shù)毒唠y于夠到復(fù)雜表面時(shí)，電火花加工就有它的意義了；在需要深度切削的地方，在長徑比特別高的地方，更明確的要避免應(yīng)用高速銑加工；對于高技術(shù)零件的加工，一般加工電極的編程時(shí)間比高速銑加工工件的時(shí)間要較短，在更復(fù)雜的加工應(yīng)用中，這個(gè)差別變得更加明顯；在規(guī)定了要作電火花精加工的地方，用電火花加工來提供火花紋表面。
2. 高速銑加工的優(yōu)勢及其應(yīng)用
高速銑加工采用小徑銑刀，高轉(zhuǎn)速、小周期進(jìn)給量，使得生產(chǎn)效率和加工精度大大提高，同時(shí)由于銑削力低，工件熱變形減少，銑削深度較小，而進(jìn)給較快，因此加工的表面粗糙度很小。
高速銑適合絕大部分模具的加工，使模具制造工藝簡化。傳統(tǒng)的加工工序?yàn)椋和庑未旨庸ぁ帚娂庸ば颓弧鸁崽幚怼庑尉庸ぁ娀鸹庸ば颓弧Q工打磨拋光型腔→表面強(qiáng)化處理。采用高速加工后的工序?yàn)椋和庑未旨庸ぁ鸁崽幚怼庑尉庸ぁ咚巽娂庸ば颓弧砻鎻?qiáng)化處理，可省卻電加工（相對而言）、手工打磨等工序，縮短了工藝路線，進(jìn)而大大提高加工生產(chǎn)率。
事實(shí)上，高速銑也非常適合電極的制造。傳統(tǒng)銑削的電極需手工拋光，一致性差，會(huì)影響電火花加工的質(zhì)量。高速銑加工的電極幾乎無需人工拋光，粗加工和精加工電極可達(dá)幾近完美的一致性。同時(shí)，高速銑可加工薄壁、形狀更為復(fù)雜的電極。
事實(shí)上，高速銑也非常適合電極的制造。傳統(tǒng)銑削的電極需手工拋光，一致性差，會(huì)影響電火花加工的質(zhì)量。高速銑加工的電極幾乎無需人工拋光，粗加工和精加工電極可達(dá)幾近完美的一致性。同時(shí)，高速銑可加工薄壁、形狀更為復(fù)雜的電極。
3.總結(jié)
在高速銑加工迅速發(fā)展的今天，電火花加工發(fā)展空間受到了一定的擠壓。在此同時(shí)，高速銑也給電火花加工帶來了更大的技術(shù)進(jìn)步。如：采用高速銑來制造電極，由于狹小區(qū)域加工的實(shí)現(xiàn)和高質(zhì)量的表面結(jié)果，讓電極的設(shè)計(jì)數(shù)量大大降低。另外用高速銑來制造電極也可以使生產(chǎn)效率提高到一個(gè)新的層次，并能保證電極的高精度，這樣使電火花加工的精度也提高了。如果型腔的大部分加工由高速銑來完成，則電火花加工只作為輔助手段去清角修邊，這樣留量更均勻、更少。
電火花加工與高速銑加工的發(fā)展是相輔相成的，高速銑加工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電火花加工技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也為其提供了新的發(fā)展動(dòng)力。它們之間有相互不可替代的作用，兩者應(yīng)該揚(yáng)長避短。這兩種技術(shù)的結(jié)合可為高復(fù)雜、高精度模具的制造提供完美的加工方案。
電火花加工與高速銑加工的發(fā)展是相輔相成的，高速銑加工技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了電火花加工技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也為其提供了新的發(fā)展動(dòng)力。它們之間有相互不可替代的作用，兩者應(yīng)該揚(yáng)長避短。這兩種技術(shù)的結(jié)合可為高復(fù)雜、高精度模具的制造提供完美的加工方案。
