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數(shù)控刀具技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用
數(shù)控高速切削技術(shù)是近20年來迅速崛起的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù),，其以高效率、高質(zhì)量為特點(diǎn)在航空,、航天,、汽車等領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用,。在航空新材料不斷發(fā)展的今天,，高強(qiáng)度鋼、高溫合金,、鈦合金,、復(fù)合材料等難加工材料日益增多，這對(duì)推動(dòng)和促進(jìn)數(shù)控刀具技術(shù)的發(fā)展起到了重要的作用,。在數(shù)控高速切削技術(shù)發(fā)展過程中,，刀具及刀具技術(shù)的關(guān)鍵地位日益顯現(xiàn)。
首先我們先從數(shù)控刀具技術(shù)來講講：
1,、數(shù)控高速切削對(duì)刀具材料的要求,。在數(shù)控高速切削過程中產(chǎn)生的切削熱和對(duì)刀具的磨損要比普通速度切削時(shí)高得多，因此,，數(shù)控高速切削使用的刀具材料與普通速度切削用的刀具材料有很大的不同,，對(duì)刀具材料有更高的要求，主要包括：高硬度,、高強(qiáng)度和耐磨性,；韌度高，抗沖擊能力強(qiáng),；高的熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性,；抗熱沖擊能力強(qiáng)。富蘭地工具不銹鋼專用銑刀就是針對(duì)航空,、航天、汽車等領(lǐng)域研發(fā)的不銹鋼專用切削刀具——不銹鋼專用銑刀,。該系列刀具首選解決了高頻率震顫,，其采用不等螺旋角，與以往產(chǎn)品相比,，可抑制高頻震顫,難切削材料的不穩(wěn)定加工及大懸伸量條件下可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工,，并且采用新型剖面形狀，切削阻力小,，切削排除順暢,，由于兼具平滑表面與鋒利的切削刃，提高加工效率與刀具壽命,。
2,、數(shù)控高速刀具材料選擇
隨著高強(qiáng)度鋼、高溫合金,、鈦合金及復(fù)合材料等難加工材料在航空領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加,，現(xiàn)代數(shù)控刀具材料已不能局限于目前廣泛使用的高速鋼和普通硬質(zhì)合金,，應(yīng)根據(jù)不同的加工材料，并考慮刀具使用壽命和加工質(zhì)量來選擇刀具材料,。以下按國內(nèi)航空制造業(yè)中常用材料的分類對(duì)數(shù)控刀具材料進(jìn)行選擇：
(1）鋁合金：鋁合金在航空領(lǐng)域應(yīng)用最多,，常用的數(shù)控刀具材料有鋁高速鋼、K10和K20 等系列硬質(zhì)合金,。
(2）普通鋼：對(duì)于普通鋼的數(shù)控切削,，在國內(nèi)航空制造業(yè)中主要采用鈷高速鋼M42、硬質(zhì)合金和金屬陶瓷等作為刀具材料,。
(3）高強(qiáng)度鋼,、高溫合金：在航空制造領(lǐng)域，高強(qiáng)度鋼,、高溫合金在材料中占的比重越來越大,，加工此類零件的刀具主要采用具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性的超細(xì)晶粒合金基體與TiAlN涂層組合的硬質(zhì)合金材料及金屬陶瓷材料來加工,。
(4）鈦合金：鈦合金強(qiáng)度高,，沖擊韌性大，其加工硬化現(xiàn)象非常嚴(yán)重,，在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高,、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，加工鈦合金材料時(shí)常選用鈷高速鋼M42及株洲鉆石切削刀具股份有限公司生產(chǎn)的KMG405等系列硬質(zhì)合金涂層刀具材料,。
(5）復(fù)合材料：復(fù)合材料已在航空領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用,，且用量正迅猛增長，加工此類材料主要采用PCD涂層硬質(zhì)合金和陶瓷作為刀具材料,。
富蘭地工具品牌所有的銑刀均采用歐洲優(yōu)質(zhì)的0.2μ,、0.4μ超級(jí)細(xì)微粒鎢鋼棒材，超高剛性和超強(qiáng)的耐磨性,，為刀具的使用壽命提供了強(qiáng)有力的保障,，讓您放心使用。
3,、數(shù)控高速切削對(duì)刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)的要求
（1) 數(shù)控高速切削對(duì)刀具幾何參數(shù)的要求,。除了刀具材料的選擇外，正確選擇刀具切削刃的幾何參數(shù)以及刀具的斷屑方式等對(duì)數(shù)控高速切削的效率,、加工表面質(zhì)量,、刀具壽命以及切削熱量的產(chǎn)生等都有很大影響，這是數(shù)控高速刀具技術(shù)中的一個(gè)重要因素,。刀具切削刃的幾可參數(shù)選擇應(yīng)從以下幾方面考慮：
?合適的刀具后角和合理的進(jìn)給速度,，能產(chǎn)生足夠大的切屑厚度，以便帶走熱量，避免切削硬化,。
?刀刃前角是影響刀具切削載荷的重要參數(shù),，應(yīng)合理選擇。
?切削載荷與刀具每切刃的進(jìn)給量有關(guān),。對(duì)于多片鑲嵌刀具,，切削載荷作用于每一個(gè)刀片上；對(duì)于實(shí)體刀具,，切削載荷作用在每個(gè)齒上,。因此，應(yīng)該在一個(gè)合理的數(shù)值之間選擇進(jìn)給量,。
一般來說,，數(shù)控高速刀具的幾何角度大都與傳統(tǒng)的刀具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。選擇合理的刀具參數(shù),，除了使刀具保持刃鋒利的切削和足夠的強(qiáng)度外,，一個(gè)重要目的是能形成足夠厚度的切屑，讓切屑成為切削過程的散熱片,。切削速度越高,，產(chǎn)生的熱量越多，所以在數(shù)控高速切削過程中,，很關(guān)鍵的問題是要想辦法把切削熱盡可能多地傳給切屑,，并利用高速切離的切屑把切削熱迅速帶走。
（2) 根據(jù)工件材料和加工工序,，正確選擇刀具材料和切削參數(shù),，是保證數(shù)控高速切削能夠達(dá)到預(yù)期效果的重要環(huán)節(jié)。目前,，數(shù)控高速切削參數(shù)還不能像普通切削加工那樣通過有關(guān)切削手冊(cè)來選擇,，數(shù)控高速加工還沒有完整的工藝參數(shù)表和數(shù)控高速切削數(shù)據(jù)庫，對(duì)于每一種刀具也還沒有特定的公式來確定最佳的切削參數(shù)組合,。在實(shí)際生產(chǎn)中,，要根據(jù)所加工的材料、工序特征等因素通過試驗(yàn)來確定最佳的切削速度和進(jìn)給速度,。
4 數(shù)控高速切削對(duì)刀體的要求
（1）高連接強(qiáng)度的鑲嵌式刀具。數(shù)控高速切削中,，大量應(yīng)用鍍層,、壓層刀具技術(shù)和鑲嵌式刀具。對(duì)于鑲嵌式刀具,，嵌入刀體的刀片如果沒有足夠的連接強(qiáng)度,，就會(huì)在很大的離心力作用下與刀體分離，轉(zhuǎn)速在10000r/min以上的刀具都有這種危險(xiǎn)。因此,，在高轉(zhuǎn)速下只靠一個(gè)夾緊螺釘來壓緊刀片是不安全的,。高速切削使用的嵌入式刀具同普通刀具不一樣，刀片要安全地嵌入刀體中,，即緊嵌入刀體的卡槽里,，并且在與離心力垂直的方向上用螺釘把刀片緊固在刀體上。
（2）刀具和刀柄的連接方法,。對(duì)于數(shù)控高速切削使用的刀柄和刀具夾頭的要求是：夾緊精度高,；傳遞扭矩大；結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好,，有利于刀具的動(dòng)平衡,；外形尺寸小，但應(yīng)適當(dāng)加大刀具的懸伸量,，以擴(kuò)大加工范圍,。
5、數(shù)控高速切削對(duì)刀具動(dòng)平衡的要求和其他要求在數(shù)控高速切削中,，應(yīng)考慮動(dòng)平衡問題,。影響數(shù)控高速切削的動(dòng)平衡主要表現(xiàn)在刀具與刀柄的不平衡和機(jī)床主軸不平衡2個(gè)方面。高速旋轉(zhuǎn)刀具安全標(biāo)準(zhǔn)ISO15641 中規(guī)定的刀具動(dòng)平衡精度等級(jí)應(yīng)在G40以內(nèi),。因此,，用于數(shù)控高速切削的刀具，對(duì)刀具的每一個(gè)方面都應(yīng)進(jìn)行全面考慮,，刀具材料選用材質(zhì)較好的進(jìn)口材料,，富蘭地工具品牌所有的銑刀均采用歐洲優(yōu)質(zhì)的0.2μ、0.4μ超級(jí)細(xì)微粒鎢鋼棒材,，超高剛性和超強(qiáng)的耐磨性,，為刀具的使用壽命提供了強(qiáng)有力的保障。嚴(yán)格控制切削跳動(dòng)量,、切削刃與刀柄的同軸度,、切削刃和刀柄的尺寸精度，以保證刀具的動(dòng)平衡要求,。在數(shù)控高速切削刀具的實(shí)際應(yīng)用中,，除了正確選擇刀具材料、切削參數(shù)和刀具動(dòng)平衡外,，還要考慮與刀具有關(guān)的其他問題,，主要包括：提高切削系統(tǒng)的剛度；考慮刀具承受的離心力,；需要增加特殊的安全設(shè)施,。
數(shù)控刀具工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和刀具制造
1 數(shù)控刀具工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)
（1）數(shù)控立銑刀的前角和后角。
研究表明，刀具前角是影響零件材料加工質(zhì)量的主要因素,，過大或過小對(duì)加工質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生很大的影響,，并且使刀具的耐用度降低。而刀具后角的選擇會(huì)影響刀具剛度,，增大后角有利于提高刀具壽命,，但會(huì)降低刀刃剛度。經(jīng)過多年對(duì)航空材料的加工實(shí)踐,，刀具前角和后角應(yīng)根據(jù)被加工材料的不同做不同的選擇,。
（2）螺旋角。
根據(jù)切削原理,，增大螺旋角可以增加同時(shí)工作的齒數(shù),，即實(shí)際增大了工作前角，使切削鋒利,，工作平穩(wěn),。但是，當(dāng)螺旋角增大到一定程度后會(huì)破壞刀齒強(qiáng)度,，降低整體剛性,，增加了切削過程中的振動(dòng)，加劇了刀齒磨損,，從而會(huì)降低刀具的使用壽命,。考慮到數(shù)控加工的高速切削特點(diǎn),，可以將加工鋁合金時(shí)的螺旋角取為25°～30°,；加工高強(qiáng)度鋼、高溫合鋼時(shí)的螺旋角取為35°～40°加工鈦合金時(shí)的螺旋角取為30°～40°,。為了切削鋒利,，可適當(dāng)增大螺旋角，例如在加工鈦合金時(shí),，刀具材料為KMG405的φ25mm 整體硬質(zhì)合金立銑刀的螺旋角可增大到45°,，效果比較理想。
（3）刀齒橫截面形狀,。
加工鋁合金用二,、三齒的立銑刀，加工鋼件用四,、六齒,，刀齒背后是凸臺(tái)刃帶，齒背型面為圓弧曲線,。這種結(jié)構(gòu)制造工藝性好，外形美觀、切削加工振動(dòng)小,，切削平穩(wěn),，排屑順利，提高了刀具壽命,。齒數(shù)少的立銑刀雖然容屑槽大,，切屑排出性好，但橫截面小,、剛性低,，切削加工中易產(chǎn)生彎曲變形，影響被加工面的垂直度和表面質(zhì)量,。為了增強(qiáng)刀具剛性,，我們?cè)诤綐?biāo)銑刀基礎(chǔ)上加大了刀具芯部直徑。增大芯部直徑以后雖然容屑槽變小,，但高速切削時(shí)切屑被高速旋轉(zhuǎn)的刀具飛快甩出,，不存在切屑排不出去的問題。
（4）刃長,。
刃長越短,，刀具的剛性和切削性能越好。當(dāng)橫截面積相同時(shí),，立銑刀的刃長增加一倍,，其剛度僅為原剛度的1/8。試驗(yàn)表明,，當(dāng)立銑刀刃長增加一倍時(shí),，其刀具壽命僅為原壽命的1/10以下，所以在數(shù)控刀具設(shè)計(jì)中要盡可能設(shè)計(jì)符合加工要求的短刃型刀具,。
數(shù)控刀具測量機(jī)
（5）數(shù)控刀具的精度,。
為保證數(shù)控立銑刀與工具系統(tǒng)的連接剛性和連接精度，柄部直徑公差精度等級(jí)提高到h6,，大大提高了刀具的裝夾精度和安全可靠性,；為保證加工質(zhì)量和提高刀具壽命，將數(shù)控立銑刀直徑偏差提高到0.05mm,，齒圓弧的公差提高為±0.02mm,；為保證刀具自身的動(dòng)平衡性，將數(shù)控立銑刀的周齒跳動(dòng),、端齒跳動(dòng)和端齒圓弧跳動(dòng)都提高到0.01mm,。
（6）刀具涂層。
涂層刀具通過在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜,，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能,。常用的刀具基體材料主要有高速鋼,、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷等,。涂層既可以是單涂層,、雙涂層和多涂層，也可由幾種涂層材料構(gòu)成復(fù)合涂層,。富蘭地工具銑刀每一把均采用世界最先進(jìn)的瑞士PLATIT涂層技術(shù),，使刀具在切削使用當(dāng)中，硬度,、壽命,，提升2倍以上。涂層刀具在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,，涂層工藝使刀具具有光滑的表面和較高的耐磨損性能,。由于刀具涂層的使用顯著提高了刀具切削性能，為工廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益,。
本文轉(zhuǎn)載自富蘭地工具石墨專用銑刀
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發(fā)表于 2017-1-17 17:07:46
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