高速铣削加工工艺 培训教程 2004年3月
高速铣削加工工艺 培训教程 2004 年 3 月
目录 高速切削技术概述 高速切削的基本概念 2.高速铣削的特点 3.高速切削的关键技术 、高速切削机床……………9 1.高速切削机床的基本结构 高速主轴 3.高速进给机构 4.高速CNC控制系统 5.高速切削机床的安全防护与实时监控系统 6.选购高速切削机床的方法. 三、高速切削刀具 1.刀具材料 2.刀具结构 3.刀杆结构 4.刀具动平衡 四、高速数控编程.12 1.高速数控编程的特点 2.粗加工编程 3.精加工编程. 27 五、高速铣削工艺.… 32 1.刀具选择 2.切削参数选择 3.加工实例
目 录 一、高速切削技术概述……………………………………………………………...1 1．高速切削的基本概念……………………………………………………………………1 2．高速铣削的特点…………………………………………………………………………2 3．高速切削的关键技术……………………………………………………………………4 二、 高速切削机床………………………………………………………………….9 1. 高速切削机床的基本结构………………………………………………………………9 2. 高速主轴…………………………………………………………………………………9 3. 高速进给机构…………………………………………………………………………..10 4. 高速 CNC 控制系统……………………………………………………………………10 5. 高速切削机床的安全防护与实时监控系统…………………………………………..10 6. 选购高速切削机床的方法……………………………………………………………..11 三、 高速切削刀具…………………………………………………………………17 1．刀具材料…………………………………………………………………………….….17 2．刀具结构………………………………………………………………………………..18 3．刀杆结构………………………………………………………………………………..19 4．刀具动平衡……………………………………………………………………………..21 四、 高速数控编程…………………………………………………………………22 1. 高速数控编程的特点…………………………………………………………………..22 2. 粗加工编程……………………………………………………………………………..25 3. 精加工编程……………………………………………………………………………..27 五、 高速铣削工艺…………………………………………………………………32 1. 刀具选择………………………………………………………………………………..32 2. 切削参数选择……………………………………………………….………………….33 3. 加工实例………………………………………………………………………………..45
高逭欹劓加二二它训敏覆 高速切削技术概述 1.高速切削的基本概念 高速切削(HSM或HSC)是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加工技术,通常 指高主轴转速和高进给速度下的立铣,国际上在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加 工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。高速铣削可用于铝合金、铜等易切削金属和淬火 钢、钛合金、高温合金等难加工材料,以及碳纤维塑料等非金属材料。例如,在铝合金等飞 机零件加工中,曲面和结构复杂,材料去除量达高达90%~95%,采用高速铣削可大大提高 生产效率和加工精度;在模具加工中,高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50的钢件,因此许 多情况下可省去电火花加工和手工修磨,在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表 面粗糙度要求。 高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果:“当以适当高的切削速度(约为常 规速度的5~10倍)加工时,切削刃上的温度会降低,因此有可能通过高速切削提高加工生产 率”。六十多年来,人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术,到二十世纪九十年代 逐渐在工业实际中推广应用。 由于每种材料高速切削的速度范围不同,高速切削目前尚无统一的定义,高的实际切削 线速度是基本条件,但还有其它一些要素。在工程实践中,高速切削的含义还包括: 除高切削速度外,高速切削还涉及非常特别的加工工艺和生产设备 适中的主轴转速和大的铣刀直径也可实现高速切削 以常规切削用量4~6倍的切削速度和进给速度精加工淬火钢也属于高速切削 小型零件的粗加工到精加工以及其它零件的精加工、高速切削均属于高生产率加工方 法,对于形状复杂和精度要求高的零件,高速切削更为重要。图1.1为几种材料高速切削的速 度范围 强塑料 铝 高速区 过渡区 铸铁 钢 镍基 100 1000 0000 切削速度Vm/min 图1.1几种材料高速切削速度范围
高速铣削加工工艺培训教程 1 一 高速切削技术概述 1． 高速切削的基本概念 高速切削（HSM或HSC）是二十世纪九十年代迅速走向实际应用的先进加工技术，通常 指高主轴转速和高进给速度下的立铣，国际上在航空航天制造业、模具加工业、汽车零件加 工、以及精密零件加工等得到广泛的应用。高速铣削可用于铝合金、铜等易切削金属和淬火 钢、钛合金、高温合金等难加工材料，以及碳纤维塑料等非金属材料。例如，在铝合金等飞 机零件加工中，曲面和结构复杂，材料去除量达高达90%～95%，采用高速铣削可大大提高 生产效率和加工精度；在模具加工中，高速铣削可加工淬火硬度大于HRC50 的钢件，因此许 多情况下可省去电火花加工和手工修磨，在热处理后采用高速铣削达到零件尺寸、形状和表 面粗糙度要求。 高速切削概念始于1931年德国所罗门博士的研究成果：“当以适当高的切削速度(约为常 规速度的5～10倍)加工时，切削刃上的温度会降低，因此有可能通过高速切削提高加工生产 率”。六十多年来，人们一直在探索有效、适用、可靠的高速切削技术，到二十世纪九十年代 逐渐在工业实际中推广应用。 由于每种材料高速切削的速度范围不同，高速切削目前尚无统一的定义，高的实际切削 线速度是基本条件，但还有其它一些要素。在工程实践中，高速切削的含义还包括： z 除高切削速度外，高速切削还涉及非常特别的加工工艺和生产设备 z 适中的主轴转速和大的铣刀直径也可实现高速切削 z 以常规切削用量4～6倍的切削速度和进给速度精加工淬火钢也属于高速切削 小型零件的粗加工到精加工以及其它零件的精加工、高速切削均属于高生产率加工方 法，对于形状复杂和精度要求高的零件，高速切削更为重要。图1.1为几种材料高速切削的速 度范围。 10 100 1000 10000 纤维增 强塑料 铝 铜 铸铁 镍 基 合 金 钛 钢 切削速度V m/min 高速区 过渡区 图 1.1 几种材料高速切削速度范围
高逭欹劓加二二它训敏覆 高速切削的发展源于市场日益激烈的竞争,对时间和成本效率的要求越来越高。同时也 提供了解决问题的新方案,包括解决新材料的加工问题;越来越高的加工质量要求和越来越 复杂的三维曲面形状;减少装夹次数和搬运时间,减少和免除费时费钱的电火化加工;适应 越来越快的设计开发速度;解决薄壁零件和精密零件的加工问题等等。高速切削是一项系统 技术,从刀具材料、刀柄、机床、控制系统、加工工艺技术、 CAD/CAM等,均与常规加工 有很大区别。 2.高速铣削的特点 2.1高速铣削的一般特征 高速铣削一般采用高的铣削速度,适当的进给量,小的径向和轴向铣削深度,铣削时, 大量的铣削热被切屑带走,因此,工件的表面温度较低。随着铣削速度的提髙,铣削力略有 下降,表面质量提高,加工生产率随之增加。但在高速加工范围内,随铣削速度的提高会加 剧刀具的磨损。由于主轴转速很高,切削液难以注入加工区,通常采用油雾冷却或水雾冷却 方法。图2.1.1所示为铣削速度对加工性能的影响 切削去除量 表面质量 切削力 刀具寿命 切削速度 图2.1.1高速铣削的特点 2.2高速铣削的优点 由于高速铣削的特性,高速铣削工艺相对常规加工具有以下一些优点 1.提高生产率 铣削速度和进给速度的提高,可提高材料去除率。同时,高速铣削可加工淬硬零件,许 多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序,对复杂型面加工也可直接达到零件表 面质量要求,因此,高速铣削工艺往往可省却电加工、手工打磨等工序,缩短工艺路线,进 而大大提高加工生产率。 2.改善工件的加工精度和表面质量 高速铣床必须具备高刚性和髙精度等性能,同时由于铣削力低,工件热变形减少,高速 铣削的加工精度很高。铣削深度较小,而进给较快,加工表面粗糙度很小,铣削铝合金时可 达Ra0.4~0.6,铣削钢件时可达Ra0.2~0.4
高速铣削加工工艺培训教程 2 高速切削的发展源于市场日益激烈的竞争，对时间和成本效率的要求越来越高。同时也 提供了解决问题的新方案，包括解决新材料的加工问题；越来越高的加工质量要求和越来越 复杂的三维曲面形状；减少装夹次数和搬运时间，减少和免除费时费钱的电火化加工；适应 越来越快的设计开发速度；解决薄壁零件和精密零件的加工问题等等。高速切削是一项系统 技术，从刀具材料、刀柄、机床、控制系统、加工工艺技术、CAD/CAM 等，均与常规加工 有很大区别。 2. 高速铣削的特点 2．1 高速铣削的一般特征 高速铣削一般采用高的铣削速度，适当的进给量，小的径向和轴向铣削深度，铣削时， 大量的铣削热被切屑带走，因此，工件的表面温度较低。随着铣削速度的提高，铣削力略有 下降，表面质量提高，加工生产率随之增加。但在高速加工范围内，随铣削速度的提高会加 剧刀具的磨损。由于主轴转速很高，切削液难以注入加工区，通常采用油雾冷却或水雾冷却 方法。图 2.1.1 所示为铣削速度对加工性能的影响。 图 2.1.1 高速铣削的特点 2．2 高速铣削的优点 由于高速铣削的特性，高速铣削工艺相对常规加工具有以下一些优点： 1． 提高生产率 铣削速度和进给速度的提高，可提高材料去除率。同时，高速铣削可加工淬硬零件，许 多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序，对复杂型面加工也可直接达到零件表 面质量要求，因此，高速铣削工艺往往可省却电加工、手工打磨等工序，缩短工艺路线，进 而大大提高加工生产率。 2． 改善工件的加工精度和表面质量 高速铣床必须具备高刚性和高精度等性能，同时由于铣削力低，工件热变形减少，高速 铣削的加工精度很高。铣削深度较小，而进给较快，加工表面粗糙度很小，铣削铝合金时可 达 Ra0.4～0.6,铣削钢件时可达 Ra0.2～0.4。 切削去除量 表面质量 切削力 刀具寿命 切削速度
高逭欹劓加二二它训敏覆 3.实现整体结构零件加工 高速切削可使飞机大量采用整体结构零件,明显减轻部件重量,提髙零件可靠性、减少 装配工时。 4.有利于使用直径较小的刀具 髙速铣削较小的铣削力适合使用小直径的刀具,可减少刀具规格,降低刀具费用。 5.有利于加工薄壁零件和高强度、高硬度脆性材料 高速铣削铣削力小,有较髙的稳定性,可髙质量地加工出薄壁零件,采用高速铣削可加 工出壁厚0.2-m,壁高20m的薄壁零件。高强度和高硬度材料的加工也是高速铣削的一大 特点,目前,高速铣削已可加工硬度达HRC60的零件,因此,高速铣削允许在热处理以后再 进行切削加工,使模具制造工艺大大简化。 6.可部分替代其他某些工艺,如电加工、磨削加工等 由于加工质量高,可进行硬切削,在许多模具加工中,高速铣削可替代电加工和磨削加 工 7.经济效益显著提高 由于上述种种优点,综合效率提高、质量提高、工序简化、机床投资和刀具投资以及维 护费用增加等,高速铣削工艺的综合经济效益仍有显著提高 2.3高速铣削的问题 高速铣削是一项新技术,尚存在许多不足值得改进,包括 1.高速铣削机床较昂贵,对刀具的切削性能、精度和动平衡等要求较高,固定资产投资较大, 刀具费用也会提高; 2.加减速度时,加速度较大,主轴的启动和停止加剧了导轨、滚珠丝杆和主轴轴承磨损,弓 起维修费用的增加; 3.需要特别的工艺知识,专门的编程设备,快速数据传输接口 4.缺乏高级的操作人员 5.调试周期较长 6.紧急停止实际上不可能实现!人工错误、硬件或软件错误都会导致严重的后果 7.安全要求很高:机床必须使用具有防弹功能的防护板和防弹玻璃;必须控制刀具伸出量; 不要使用“重的”刀具和刀杄。要定期检査刀具、刀杄和螺钉的疲劳裂缝。选择刀具时必 须注意许用的最大主轴转速,不使用整体高速钢刀具。 2.4高速铣削的应用 高速铣削具有很多优点,应用越来越广泛,但也存在一些不足,因此,必须选择适合高 速铣削的领域应用该技术。表2.4.1列出了高速铣削一些应用范围。 高速铣削在许多领域取得了成功的应用,如:飞机的蜂窝结构件必须采用髙速铣削技术 才能保证加工质量、梁、框、壁板等零件加工余量特别大,高速铣削可提高生产率,发动机 的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题,等等;绝大部分模具均可利用高速铣削技术加 工,如锻模、压铸模、注塑与吹塑模等,锻模腔体较浅,刀具寿命较长;压铸模尺寸适中
高速铣削加工工艺培训教程 3 3． 实现整体结构零件加工 高速切削可使飞机大量采用整体结构零件，明显减轻部件重量，提高零件可靠性、减少 装配工时。 4． 有利于使用直径较小的刀具 高速铣削较小的铣削力适合使用小直径的刀具，可减少刀具规格，降低刀具费用。 5． 有利于加工薄壁零件和高强度、高硬度脆性材料 高速铣削铣削力小，有较高的稳定性，可高质量地加工出薄壁零件，采用高速铣削可加 工出壁厚 0.2 mm, 壁高 20 mm 的薄壁零件。高强度和高硬度材料的加工也是高速铣削的一大 特点，目前，高速铣削已可加工硬度达 HRC60 的零件，因此，高速铣削允许在热处理以后再 进行切削加工，使模具制造工艺大大简化。 6． 可部分替代其他某些工艺，如电加工、磨削加工等 由于加工质量高，可进行硬切削，在许多模具加工中，高速铣削可替代电加工和磨削加 工。 7． 经济效益显著提高 由于上述种种优点，综合效率提高、质量提高、工序简化、机床投资和刀具投资以及维 护费用增加等，高速铣削工艺的综合经济效益仍有显著提高。 2．3 高速铣削的问题 高速铣削是一项新技术，尚存在许多不足值得改进，包括： 1．高速铣削机床较昂贵，对刀具的切削性能、精度和动平衡等要求较高，固定资产投资较大， 刀具费用也会提高； 2．加减速度时，加速度较大，主轴的启动和停止加剧了导轨、滚珠丝杆和主轴轴承磨损，引 起维修费用的增加； 3．需要特别的工艺知识，专门的编程设备，快速数据传输接口； 4．缺乏高级的操作人员； 5．调试周期较长； 6．紧急停止实际上不可能实现！人工错误、硬件或软件错误都会导致严重的后果； 7．安全要求很高：机床必须使用具有防弹功能的防护板和防弹玻璃；必须控制刀具伸出量； 不要使用“重的”刀具和刀杆。要定期检查刀具、刀杆和螺钉的疲劳裂缝。选择刀具时必 须注意许用的最大主轴转速，不使用整体高速钢刀具。 2．4 高速铣削的应用 高速铣削具有很多优点，应用越来越广泛，但也存在一些不足，因此，必须选择适合高 速铣削的领域应用该技术。表 2.4.1 列出了高速铣削一些应用范围。 高速铣削在许多领域取得了成功的应用，如：飞机的蜂窝结构件必须采用高速铣削技术 才能保证加工质量、梁、框、壁板等零件加工余量特别大，高速铣削可提高生产率，发动机 的叶片采用高速铣削可解决材料难加工问题，等等；绝大部分模具均可利用高速铣削技术加 工，如锻模、压铸模、注塑与吹塑模等，锻模腔体较浅，刀具寿命较长；压铸模尺寸适中