近 30 年来世界各工业发达国家都在大力发展能适应高速切削加工条件的先进切削刀具,开发出了许多高性能的刀具材料.目前国内外用于高速切削加工的刀具材料主要有:超硬刀具材料( P CD 和 PCBN )、陶瓷刀具、 TiC ( N )基硬质合金和涂层刀具等.它们各有优势又彼此竟争,适应不同的工件材料和不同的切削速度范围。涂层刀具在高速切削领域具有巨大的潜力.从资源、价格和性能等方面看陶瓷刀具在高速切削领域具有很大的优势,尤其在资源方面,陶瓷刀具材料在自然界用之不竭;超硬刀具材料将继续在高速切削加工中占用重要地位;超细晶粒硬质合金和粉末高速钢在小尺寸整体复杂高速切削加工领域还将占主要地位;超强、超硬纳米刀具材料是很有前景的高速切削加工刀具材料.
除刀具材料外,刀具结构也是刀具技术的一项研究重点。在高速切削中,常规的
7 - 24 银度刀柄系统( BT , ISO 等)已经不适用。各国针对高速切削特点,在刀具刃型、材料、结构、夹紧方式和动平衡等方面进行了大量的研究工作,但还不够完善。在高速切削加工中,刀具结构的安全性和高精度的动平衡是至关重要的。高速切削刀具系统必须满足:
① 很高的几何精度和装夹重复精度.
② 很高的装夹刚度;
③ 高速运转时安全可靠.
为了满足高速切削加工的要求德国开发了 HSK 系列刀柄系统,美国开发了 KM 系列刀柄系统.
HSK 、 KM 刀柄与普通 7 , 24 刀柄相比有如下有点:重量约减少 50 % ;重复使用时装夹和定位精度高;刚度高,并可传递大的力矩;装夹力随转速升高而增大. HSK 、 KM 和 BT 刀柄的比较见表 2 . 3 .
3 .高速切削机床
高速机床技术主要包括高速单元技术(或称功能部件)和机床整机技术。单元技术包括高速主轴、高速进给系统、高速 CNC 控制系统等;机床整机技术包括机床床身、冷却系统、安全设施和加工环境等。
( 1 )高速主轴单元
高速主轴单元包括动力源、主轴、轴承和机架四个主要部分,是高速切削加工机床的核心部件,在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。高速主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术,其中一些技术又是相互制约的,包括高转速和高刚度的矛盾、高速度和大转矩的矛盾等等。因此提高主轴转速和精度是一项很困难的工作,设计和制造高速主轴必须综合考虑满足多方面的技术要求。