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小直径刀具的高速加工
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如果说到加工中心的选择,在几年前,若是选择了具有高速ATC(自动刀具交换装置)和高速APC(自动工作台交换装置)功能的设备,是个非常明智的决定,因为当时追求的是无人化、自动化的功能。但是,对于一台机器,如果只需要触动一下操作键就可以工作,那无论是谁都可以操作。归根到底,只是工具的差别而已。
  高速加工并不一定是主轴转速在几万转以上,而是回转速度可以使刀具刃部负荷降低。根据工件的种类及刀具的选择方法,就算用转速为几千转的加工中心也是完全可以实现的。
  因此,即使使用小直径刀具,也可以进行高效率化的高速加工。一提到小直径刀具,我们的第一印象是慢,可是小直径刀具在必要形状的加工中,比大直径刀具的加工要快得多。而且加工海绵状等软材料时,小直径刀具比大直径刀具更容易实现没有飞边和毛刺加工。
  对小刀具的误解
  高速加工与刀具的直径没有直接关系,我们有必要澄清普遍存在认为小直径工具难以进行高速加工的误解。
  用高速加工可以处理至今为止不能加工的任何材料
  因为没有达到适当线速度的高速主轴而不能加工的工件,用高速主轴接近其适当的线速度就能够加工,例如0.05mm至0.2mm微小直径刀具加工就是一个例子。但是,适正线速度降至每分钟几十米的时候就不适合了。
  不论什麽直径的刀具都可以进行高速加工
  这个仍然是线速度的问题,适正线速度由工件和刀具决定,如果选择了无视适正线速度的刀具直径和转速,就无法进行实用性加工。
  用高速回转加工时,加工负荷下降
  研究切削加工的人们说,这种现象是可能发生的。可是,伴随着负荷下降而来的是急剧增加的摩擦力,不能说这是能够进行实用加工的领域。因为没有达到适正的回转速度而使加工负荷增大的情况有很多。选择削切负荷下降的路径,用适正的转速进行加工时,可以提高进给速度,延长刀具寿命。
  用高速回转加工时,工件和刀具不发热
  选择削切负荷极小的条件才能达到这个效果。相反,用切削负荷高条件进行重切削加工,工件和刀具依然会发热。
  用高速回转加工时,加工表面的光洁度提高,不需磨削
  这要根据刀具的刃部形状、切削深度,以及进给量而定。如果要使磨削的工时降至最少或不需磨削,那麽精加工後的表面必须是均匀的。虽然用球头铣刀磨擦是最好的,但是这不是切削,而是在抛光,这会令刀具的寿命很快丧失。
  高速回转加工必须加工低负荷工件,所以最好是进行很薄的加工,可是这时在刀具的中心附近,进行的是线速度非常慢的加工,负荷反而会增加。
  等高线加工在程序编制时需要花费时间,在加工效率方面,还是往复式的扫描线加工方法好。
  两者相比,刀具轨迹的生成的确需要时间。但是,对于刀具的负荷是一定的,对刀具寿命、加工面的粗糙等要好很多。
  刀具寿命的缩短和对策
  在使用球头立铣刀加工时,即使选择合适的线速度及切削深度进行加工,但还有很多因素导致刀具寿命下降。
  切削开始时负荷增加
  在Z轴方向刀具垂直下降,开始切削时,线速度慢的刀具中心首先开始接触工件,加工开始时,必然成为槽加工。槽加工时进给方向的右侧和左侧都有工件,成为一边是下降加工,一边是上升加工。特别是上升加工,刀具的寿命、加工面的光洁度都会下降。因此和通常的侧面加工相比,必须降低进给速度。
  使用刀具像画螺旋线那样下降的螺旋加工接触工件的方法,虽然消除了线速度慢、刀具中心首先接触工件的问题,但不能说是最好的方法,也就是说,在螺旋终了後进入直线加工时,还是槽加工。在这里如果进给速度不下降,也是导致刀具寿命缩短的原因。
  槽加工负荷大及加工面粗糙
  在由内侧向外侧进行加工时(设置的加工),在螺旋终了后的(Z轴到达加工位置後)加工,必然变成糟加工。这时如果不降低进给速度,刀具的寿命会缩短。
  角部负荷增加
  从内侧向外侧加工时,锐角的角部加工较多。此时与侧面加工相比,每转切削体积会增加。为了使单位时间的切削体积一致,有必要在角部进行自动加速或减速。工件的硬度越高,在角部的加减速幅度应越大。
  过长的刀具伸出量
  刀具伸出的长度过长时,刚性会下降,刀具的寿命会缩短。当遇到高硬度材料或难切削材料时,这种现象会更加明显。
  刀具
  用立铣刀进行的铣削加工,也就是用复数的切削刃进行断序的切削,而有的切削刃处在非切削状态,随着主轴的旋转,它们就接触到工件开始切削。工件的硬度越高,刀尖接触工件的瞬间冲击越大,刀尖损坏的可能性就越高。为此使刀尖变厚,刀刃的切削面制成负面,减小槽部使刃的根部变粗,此种刀具称为高硬度用刀具。
  不过,非高硬度用铣刀的刀具磨耗,对于在实际加工直径附近表现出的临界摩擦现象,高硬度用铣刀的磨耗,前端的中心部在实际加工直径的大小範围内显得很平,不能加工的时间大幅度缩短。所以,必须将此因素考虑在内。
  综合来说,采用适当的线速度,减小切削深度,并用尽可能快的进给速度进行加工的基本原则不仅限于小直径刀具。
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