高速切削（HSM）是現(xiàn)代銑削技術(shù)中被廣泛使用的一項(xiàng)重要技術(shù)。通過應(yīng)用 HSM 銑削技術(shù)，不僅可以銑削各種軟硬材料，而且能夠達(dá)到極好的工件精度。本文介紹了HSM對(duì)刀具與刀座的要求。
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HSM 對(duì)切削刀具的要求
01. 幾何形狀
刀具振動(dòng)直接影響加工所獲得的表面質(zhì)量。因此，在HSM精加工過程中保持刀具均勻的切削力極其重要，避免引發(fā)刀具振動(dòng)。
刀具相鄰幾何特性對(duì)切削力的影響：
1）同心度好有利于負(fù)載在切削刃上均勻分布；
2）較大的切削刃重疊有利于獲得均勻的切削力特性（較大螺旋角和槽數(shù)）；
3）短切削長度有利于獲得較好的剛性（相對(duì)于機(jī)床陡壁，軸的直徑被減小一點(diǎn)）；
4）芯部橫截面狀態(tài)最好，槽口處的應(yīng)力集中最小。
可以使用HSM加工高強(qiáng)度材料，這意味著抗變形能力隨著待加工材料硬度的增加而增大。切削刃上負(fù)載增加，要求對(duì)切削刃的幾何形狀進(jìn)行穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。然而，高速切削狀態(tài)下在工件表面的自由區(qū)域還將產(chǎn)生更多的摩擦熱，這意味著必須減小刀具的間隙角。因此，增加切削刃的穩(wěn)定性只能通過減小斜角的方式實(shí)現(xiàn)。在材料很硬、刀具材料很脆的情況下，甚至可能導(dǎo)致負(fù)的斜角。
精確配合的半徑在刀刃尖部磨削，以避免突然變熱時(shí)達(dá)到紅熱狀態(tài)或者切削刃局部斷裂。
如果對(duì)加工工件的形狀精度要求很高，則所用精加工刀具的球部半徑對(duì)于待加工工件的形狀精度有直接的影響。因此，作為基本條件，在非常精密零件的精加工過程中使用具有非常嚴(yán)格半徑公差（在微米范圍內(nèi)）的刀具是非常重要的。
02. 材料和涂層
刀具材料必須比待加工材料硬。工件材料與刀具材料之間的硬度差越大，刀具磨損越小，刀具使用壽命越長。因?yàn)榫植繙囟群芨撸€必須保證刀具材料具有抗氧化性。
較大熱負(fù)載波動(dòng)和對(duì)刀具材料抗氧化性的要求使得最終需要在精細(xì)顆粒碳化鎢刀體上進(jìn)行涂層。
經(jīng)過試用和試驗(yàn)的涂層系統(tǒng)，如使用 TiN、TiCN 和 TiAlCN在 HSM 加工中迅速達(dá)到了其極限。因此，多種成分的涂層系統(tǒng)被研制出來，它基于高鋁含量氮化物、結(jié)合其它元素如釔、釩或鉭。使用納米層結(jié)構(gòu)、CBN 和 PKD，還可以達(dá)到更高的性能。
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HSM 對(duì)刀座的要求
由于在 HSM 加工中需要很高的主軸速度，因此，最好使用HSK-A 和 HSK-E 刀座系統(tǒng)。由于刀座法蘭安裝在主軸頭上，刀座在 Z 方向上有明確的機(jī)械支撐，因此，在較高轉(zhuǎn)速下，不會(huì)因離心力增大而拖進(jìn)主軸。
根本的錯(cuò)誤在加工準(zhǔn)備階段可能已經(jīng)發(fā)生，致使較小振動(dòng)和安全的過程控制不可能實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的HSM加工，按照要求對(duì)刀具和刀座裝置進(jìn)行平衡并對(duì)其同軸度進(jìn)行檢查是至關(guān)重要的。還必須考慮與未平衡質(zhì)量有關(guān)的旋轉(zhuǎn)速度極限。
平衡不好或不同心的旋轉(zhuǎn)刀具系統(tǒng)將導(dǎo)致：
1）非常糟糕的表面質(zhì)量
2）非常低的刀具使用壽命
3） 糟糕的加工穩(wěn)定性和安全性
4）可能損壞銑削主軸
加工過程中因產(chǎn)生突變而造成不平衡以及偏離理想同心度，其結(jié)果在下面的原理圖中看得非常清楚：
與完美同心度相比無偏差：較小的理論粗糙度
與完美同心度相比有偏差：較大的理論粗糙度
平衡質(zhì)量對(duì)整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有著重要的影響。
不平衡相當(dāng)于有一個(gè)偏心物體在旋轉(zhuǎn)。這個(gè)偏心物體能夠引發(fā)離心力，其隨著轉(zhuǎn)速的增加呈平方值增大。這意味著相同的不平衡在轉(zhuǎn)速為 42,000 rpm 的主軸上引發(fā)的離心力是轉(zhuǎn)速為 2,000 rpm 主軸的 441 倍（212 = 441）。因此，高速加工中刀具刀座裝置的不平衡具有特別明顯的不良后果。
應(yīng)用 HSM 中的刀具夾緊技術(shù)，您可以與以下物品一起使用刀座：
? 夾頭
? 縮徑接頭
不建議使用替代系統(tǒng)如 Weldon 連接器，因?yàn)樗鼈冊(cè)?HSM加工中具有明顯的缺陷。
由于帶夾頭的刀座良好的阻尼特性能夠給粗加工過程帶來好的效果，因此，與縮徑接頭一起可以達(dá)到極高的剛性和重復(fù)精度。這對(duì)獲得完美的工件表面至關(guān)重要。使用縮徑接頭使您能夠獲得非常精確地同心度 （偏差低于0.003 mm）以及較大的傳遞扭矩。
各種縮徑刀座的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)：傳遞扭矩取決于夾緊設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，它們可能區(qū)別很大。
