用于加工模具的高速切削机床与刀具

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一.加工模具的高速切削机床
- B  c6 g2 o( @2 M# @选择用于高速切削模具的高速机床时，要注意以下问题：
（1）要求机床主轴功率大、转速高，满足粗、精加工。精加工模具要用小直径刀具，主轴转速达到15000-20000rpm以上。主轴转速在10000rpm以下的机床，可以进行粗加工和半精加工。如果需要在大型模具生产中同时满足粗、精加工，则所选机床最好具有两种转速的主轴，或两种规格的电主轴。
1 i% z& I, r; i0 H（2）机床快速进给对快速空行程要求不太高，但要具有比较高的加工进给速度（30-60m/min）和高加减速度。
. Y- P' S! ^4 B* C& \  A# j（3）具有良好的高速、高精度控制系统，并具有高精度插补、轮廓前瞻控制、高加速度、高精度位置控制等功能。
（4）选用与高速机床配套的CAD/CAM软件，特别是用于高速切削模具的软件。
, k9 Y, X( D' |0 Q" X) p在模具生产中，五轴机床的应用逐渐增加，配合高速切削加工模具，具有以下优点：
①可以改变刀具切削角度，切削条件好，减少刀具磨损，有利于保护刀具和延长刀具寿命；
②加工路线灵活，减少刀具干涉，可以加工表面形状复杂的模具以及深腔模具；
③加工范围大、适合多种类型模具加工。
$ p0 ~* N7 P  {+ C0 c6 S& {五轴机床通常有工作台式五轴机床和铣头式五轴机床两类，可以针对模具类型进行选择。铣头式五轴机床中，可更换铣头和更换电主轴头的五轴机床，可分别用于模具的粗、精加工。
二.高速切削模具的刀具技术
高速切削加工需配备适宜的刀具。
硬质合金涂层刀具、聚晶增强陶瓷刀具的应用，使得刀具同时兼具高硬度的刃部和高韧性的基体成为可能，促进了高速加工的发展。
) O, w2 b, n8 `8 C* Z聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片的硬度可达3500-4500HV，聚晶金刚石（PCD）硬度可达6000-10000HV。
近年来，德国SCS、日本三菱（神钢）及住友、瑞士山特维克、美国肯纳飞硕等国外著名刀具公司，先后推出各自的高速切削刀具，不仅有高速切削普通结构钢的刀具，还有直接高速切削淬硬钢的陶瓷刀具等超硬刀具，尤其是涂层刀具，在淬硬钢的半精加工和精加工中发挥着巨大作用。
0 G' L# H7 }. N5 o( k目前，国内高速加工刀具的开发与国外还有较大差距，而进口刀具的昂贵价格也成为阻碍高速切削模具应用的重要因素。
一般来说，要求刀具以及刀夹的加速度达到3g以上时，刀具的径向跳动要小于0.015mm，而刀的长度不大于刀具直径的4倍。据SANDVIK公司的实际统计，在使用碳氮化钛（TiCN）涂层的整体硬质合金立铣刀（58HRC）进行高速铣削时，粗加工刀具线速度约为100m/min，而精加工和超精加工时，线速度超过了280m/min。
据国内高速精加工模具的经验，采用小直径球头铣刀进行模具精加工时，线速度超过了400m/min，这对刀具材料（包括硬度、韧性、红硬性）、刀具形状（包括排屑性能、表面精度、动平衡性等）以及刀具寿命都有很高的要求。
因此，在高速硬切削精加工模具时，不仅要选择高速度的机床，而且必须合理选用刀具和切削工艺。
在高速加工模具时，要重点注意以下几个方面：
! v- s" V$ @6 Q+ h0 `①根据不同的加工对象，合理选择硬质合金涂层刀具、CBN和金刚石烧结层刀具。
②采用小直径球头铣刀进行模具表面精加工，通常精加工刀具直径＜10mm。根据被加工材料以及硬度，所选择的刀具直径也不同。在刀具材料的选用方面，TiAIN超细晶粒硬质合金涂层刀具润滑条件好，在切削模具钢时，具有比TiCN硬质合金涂层刀具更好的抗磨损性能。
) k- O6 ~! u1 u- @! [8 e4 l③选择合适的刀具参数，如负前角等。高速加工刀具要求比普通加工时抗冲击韧性更高、抗热冲击能力更强。
④采取多种方法提高刀具寿命，如合适的进给量、进刀方式、润滑方式等，以降低刀具成本。
% ^& x. s% @2 d' T⑤采用高速刀柄。目前应用最多的是HSK刀柄和热压装夹刀具，同时应注意刀具装夹后主轴系统的整体动平衡。