对于高速切削的HSC,需要配置合适的刀具系统。如果选择PKD或立方氮化硼切削材料,工件可以完全加工。高速切削改变了整个切削过程的思维。然而,只有当整个系统,包括刀具,都适应时,效率才能大大提高。为了实现有效的高速加工,需要给刀具配备一定的几何刃口。新型切削材料的发展导致了各种新型切削刀具的出现。它们必须达到高转速、大进给量、良好的工件加工质量和较长的使用寿命。HSC刀具和刀具系统按其结构和刀片固定方式可分为三类:带固定刀片座和可调刀片座的整体结构,如图1所示。补充分类方法可以根据HSC工具的应用领域进行。如平面铣削加工及其在模具、模型和造型制造中的应用。
图1根据叶片固定方法对高速切削工具的分类
切割材料的选择
高速切削刀具应由适合高速切削的材料制成。为了获得更高的加工质量和最佳的使用寿命,除了硬质合金、金属陶瓷、涂层切削材料和切削陶瓷外,还使用单晶和多晶切削材料。这些切削材料除了技术要求外,还应满足占据重要地位的经济性和环保性的要求。在高速切削加工中,使用PKD(聚晶金刚石)和立方氮化硼(立方氮化硼)可以显著提高加工效率。在汽车和航空空行业的批量生产中,非金属零件的使用越来越多。此时选用聚晶金刚石切削材料,在较大的进给量和切削量条件下,可以获得较高的表面质量。当选择合适的刀具系统和切削材料时,粗加工和精加工过程可以一次切削完成。在模具制造业,基本都是单件生产。铸件和钢的硬度可达64HRC,可选用CBN切削材料。在模型及建模制造业中,用硬质合金切削材料加工时,转速应大于16000 r/min,进给Vf应大于5m/min,才能获得最佳的切削效果。HSC刀具的安全性和可靠性除了选择合适的刀具材料外,在刀具设计过程中,首先要考虑离心力作用下固定刀具部件的可靠性,还要注意“平衡”结构。有必要测试工具的最大速度。此外,刀具良好的工艺性也很重要(见图2)。从刀具的预处理到刃口的制造,有价值的、可靠的制造方法具有决定性的意义。尤其是对于具有PKD或CBN刀片的工具。
图2 HSC工具的安全性和可靠性要求
为了在应用HSC刀具时达到最高的加工质量和最佳的经济性能,不仅要考虑刀具本身,还要考虑刀具与夹紧系统的接口,即主轴与刀具的连接面和工件安装的稳定性。对于接口部分和延长杆,径向摆动精度、悬臂长度、振动性能和互换性尤为重要。为了满足圆柱形刀柄在精加工中径向摆动精度的要求,首先选择了液压卡盘、收缩卡盘和力压卡盘的连接方式。当这些卡盘与HSC接口匹配时,径向摆动精度可达0.003 mm .全能加工刀具系统Kieninger公司生产的刀具品种,可应用于传统机床和HSC机床。可生产从粗铣、半精铣到超精铣的各种可更换刀片的铣刀,以及HSS-E、VHM和金属陶瓷切削材料,以及PKD和CBN刀片的刀具和不同刀柄的接长杆。可以综合加工模具所需的轮廓面和自由轮廓面。模具制造业最常用的刀具是球面仿形铣刀、环铣刀和面铣刀。加工时间和工件表面质量由刀具决定。加工时,球面铣刀能与工件表面保持适当的角度(15° ~ 25°),可达到满意的加工效果。因为这样可以避开临界区和切削中心(当切削速度降到零时)。在用PKD和CBN切割材料的过程中,保持恒定的切割速度是有益的。在模型加工领域,可以应用与模具制造行业相同的工具系统。条件是硬质合金刀片上要有正的前角,粗加工时尖角刀片要特别加长。为此研制的可更换刀片的专用刀具可应用于高速切削机床。