李朔

（包头职业技术学院  数控技术系 内蒙古 包头 014030）

 

多轴高速切削加工技术随着机械自动控制的发展，简化复杂零件的加工难度，并且缩短了产品加工周期，提高了零件表面的加工质量正在得到越来越为广泛的应用。从前较为落后的机械加工加工工艺手段就几乎不可能实现高速高精度加工，而采用高速切削工艺装备和多轴加工机床精加工时使用球铣刀可以切削出镜面效果变得容易。

1多轴高速切削加工设备及刀具

1.1多轴高速切削加工设备

在教学中所介绍的多轴数控加工是大于3轴以上的数控加工设备，多轴机床有4轴联动和5轴联动数控加工中心。多轴数控加工中心即直线坐标轴X、Y、Z ，还有控制工作台倾斜角度的A、B 轴和控制主轴回转角度的C 轴。多轴数控加工中心即同时控制3个以上坐标联动，还包括数控铣削、镗削、钻削等功能组合，工件一次装夹即可完成各加工面的铣、镗、钻等多工序加工，避免了由于多次装夹的重复定位误差，提高工件表面精度缩短加工时间。常用的多轴高速加工设备有，高速机床有瑞士Mikron公司VCP710、主轴转速42000r/min,进给速度30 m/min功率14kw，主轴转速60000r/min,进给速度60 m/min功率80kw，德国Roders公司RFM1000主轴转速42000r/min,进给速度30 m/min功率30kw等。                 

多轴高速切削加工其切削速度比是普通数控加工的5～10倍，材料的去除率比普通数控加工高的3～5倍。铝合金高速切削1100m/min以上，铸铁高速700m/min，钢材高速切削380m/min以上，高速钻削200～1200m/min，高速磨削150～360m/min。

1.2多轴高速切削加工的刀具系统

1.2.1多轴高速切削加工的刀柄系统

主轴带动刀柄、刀具在高速切削旋转下，较小的偏心会产生较大离心力，从而产生振动，直接影响产品的质量、主轴和刀具的使用寿命。常见的普通BT刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。常用的高速切削加工刀柄系统，德国HSK刀柄、美国KM刀柄、日本NC5刀柄都是主轴孔都是1:10锥度，定位方式都是主轴锥孔和刀柄端面，采用这几种种刀柄系统可以提高主轴刚度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但这种刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的1.5～2倍主轴转速至少要达到8000 r/min以上。其进给速度至少大于20m/min。40柄以及HSK刀柄20000～40000 r/min，KM刀柄达到35000 r/min以上。瑞典Sandvik 的CAPTO刀柄，主轴采用1/20三棱圆锥，定位方式为锥面与端面同时接触定位，三棱圆锥的表面大，使刀柄表面压力低、不易变形、磨损小，因而精度保持性好，三棱圆锥孔加工困难，加工成本高，与现有刀柄不兼容，配合会自锁。

    1.2.2多轴高速切削加工刀具

刀具切削时刀具材料要满足硬度和耐磨性、强度和韧性、耐热性等基本条件，还特别要求刀具材料具备高的耐热性、热冲击性、良好的高温力学性能以及高的可靠性才能保证刀具寿命加工效率、加工质量和加工成本。对于高速铣削对刀具刀柄要求较高，常用的刀具材料金属陶瓷、涂层硬质合金、硬质合金、立方氮化硼（PCBN），聚晶金刚石（PCD）等，高速切削刀具材料种类和各适应场合，如用细晶粒的K类硬质合金进行铸铁粗加工，复合氮化硅陶瓷或聚晶立方氮化硼(PCNB)复合刀具进行铸铁的精加工。用聚晶金刚石PCD或CVD金刚石涂层刀具加工精密加工有色金属或非金属材料。高速铣削时根据不同的材料选择合适的高速铣削刀柄和刀具材料，镶刀片的整体刀柄在铝合金高速铣削优先选用。常用刀具材料如表1

 

表1高速切削刀具材料种类和适应场合

 

2 多轴高速切削加工的特点刀具轨迹实现方法 

采用多轴高速切削加工时应注意：采用基准重合，提高加工精度。多轴高速数控切削加工的工序集中工件在整个加工过程中一次装夹，保证加工精度，提高了加工效率；装备合并减少装夹次数。多轴高速数控加工中心的单由于生产过程链的缩短和设备数量的减少，工装夹具数量减少、车间占地面积和设备维护费用也随之减少，大型国企忽视设备昂贵的影响；新产品研发周期短。对于机械制造行业新产品零件及成型模具形状很复杂，精度要求也很高，因此具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。

     多轴高速切削加工除了特殊的工艺要求外，还使用的CAM编程软件计算刀路加工轨迹。CAM编程软件高速加工中的编程系统功能可以实现高速度计算、功能全面的插补轮廓、全程自动刀路过切检查处理能力、加工中心自动刀柄、刀具与夹具干涉检查、优化进给速度功能、优化刀具加工轨迹编辑功能、加工余量分析功能等。现在国内外较常用的多轴高速加工编程的有美国EDS公司UG NX、英国DelCAM公司PowerMill、以色列Cimatron软件都具有CAM功能。为了加工出质量过关复杂零件，使用多轴高速切削加工已成为机械加工行业的加工趋势。

参考文献

[1] 李家坤，王贵成,吴卫国,等新型高速加工工具系统研究进展[J].工具技术，2008.

【2】高平;王科社;;五轴数控加工技术的现状[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集（下卷）[C];2006年

数控机床多轴加工技术实用教程

【3】宋放之　主编 出版社:清华大学出版社 出版时间:2010年4月