高速切削刀具在数控加工中的应用

河南职业技术学院 淡书桥

前言

在如今的机械制造领域，各种耐冲击的材料应用越来越广泛，比如新型陶瓷材料、复合材料、非金属材料，这些材料的应用也提高了对切削加工的要求，普通切削刀具已经很难适应目前的生产要求。而高切削速度、高加工精度、高进给速度和优良的加工表面质量的高速切削加工，逐渐适应了我国日益增长的生产加工需要，逐渐成为主流，使我国的材料加工工业有了飞跃式的发展。

1 高速切削工具概述

1.1 高速切削工具的定义

在具体的工作操作中，数控机械高速切削加工技术中的“高速”通常是指机床的主轴旋转的速度和进给的速度。在进行机械设备切削制作时，切割速度比平时使用的切削加工的速度高出很多倍，所以人们常常将此技术叫作超高速切削。

1.2 高速切削的优点

高速切削加工之所以能够成为机械制造材料加工领域的热点，主要因为和传统切削相比，其优势十分明显。第一，进给速度大幅度提高。高速切削的切削速度非常快，能够将常规加工时间缩减至少一半，能够极大地提高生产效率；第二，高速切削加工的加工精度高，对于刚性较差、易热变形的零件，有很好的效果。因为高速切削加工时，在切削速度达到某一值的情况下，单位切削力会减少至少30%，有利于降低对工件表面的损伤，较大地减少工件表面的粗糙程度，使工件具有良好的物理和机械性能；第三，能够降低刀具易磨损的缺点，延长刀具的使用寿命；第四，对耐冲击材料，能够进行高效的切削加工；第五，提升切削加工速度和精密度，能够有效降低切削加工的成本[1]。

2 高速切削技术的应用

2.1 高速切削技术的应用现状

在加工制造业中，因为高速切削加工能够有效地提高生产效率、产品质量以及工件加工精度，所以得到了行业的高度重视。当下市场对于零件加工的效率要求和费用花费控制愈来愈严格，高速切削加工技术能够很好地满足这一要求。目前数控机床的高速切削加工方法已经广泛应用于各种制造业，例如航空航天、电子轻工、模型模具生产、汽车制造等，而且获得了非常好的经济效益以及社会效益。也因此，数控机床的高速度切削加工技术和NC被同时称作20世纪的两次加工业革命。从20世纪90年代开始，世界上就已经开始掀起了数控机床高速切削加工的风潮。

2.2 不同材料对刀具选用的要求

就目前的高速切削刀具市场来看，常用的刀具材料有聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、基硬质合金、超细晶粒硬质合金等。每一种刀具材料适用的工件材料和切削速度范围都不相同[2]。

2.2.1 有色金属及其合金

工件材料为有色金属及其合金时，材料的机械强度很高，对于这种材质的工件，可以选用聚晶金刚刀具、涂层刀具等，用很高的切削速度和进给速度进行加工，要避免选用基陶瓷刀具。

2.2.2 铸铁和钢

工件材料为铸铁和钢时，若切削速度低于500m/min，刀具材料应选择涂层硬质合金刀具等，若切削速度高于500m/min，低于 1000m/min，刀具材料应选择陶瓷或者聚晶立方氮化硼刀具，若切削速度高于1000m/min，刀具材料最好选择聚晶立方氮化硼刀具。

2.2.3 镍基合金

若工件材料为镍基合金，则为典型的难加工材料，因为镍基合金具有高抗剪强度，高温强度，热扩散系数较低。遇到这类材质的工件，应选用具有较高聚晶立方氮化硼含量的刀具，或晶须增韧陶瓷刀具。

2.3 刀具结构的改进

高速切削刀具结构设计时应充分考虑动平衡的需求，因此刀具结构应做以下几点改善：一，尽量避免应力集中，选择回转轴结构的刀体设计，刀具前角要小于常规切削刀具的前角，后角相对大一些；二，主、副切削刃接触部位必须要车修圆；三，适当加大刀尖位置处的切削刀长度，加厚刀具材料，便于增强刀具刚性；四，刀柄要粗于刀臂，与刀具连接处为倒锥状；五，刀具悬伸不要过长，在中央设置冷却液孔，提高抗高温性能。

3 结语

高速切削技术目前已经成为主流，为国家的材料加工工业带来了难以想象的巨大经济效益。而刀具材料的选择，对于高速切削技术的发展，起了基础性的作用。为发挥高速切削技术的优势，应结合工件的材料选择对应的刀具材料，才能保证高速切削刀具使用性能良好，以完成高速、高质、高精的加工工件。