淬硬钢的高速铣削加工

数控刀具577

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　直到几年以前，人们还认为硬度超过HRC45的金属材料很难实现高速加工，因此，通常的做法是先对软钢工件进行粗加工和半精加工，然后在将其淬硬后，再使用具有足够加工能力的机床(或通过手工)对淬硬工件进行精加工，以去除微小余量。加工淬硬工件时，为了避免损坏机床和刀具，只能采用很低的切削速度。

　　为了高速加工淬硬钢，必须具备能够达到加工要求的机床、控制系统和工具系统。此外，还必须编制合适的加工程序，这些程序必须考虑高速铣削淬硬材料时刀具所承受的各种应力。最后，还需要考虑如何对操作人员进行相关培训，因为要成功实现淬硬钢的高速加工，必须具有一种不同的思维方式。

　　既然硬材料的高速加工(HSM)具有这些严苛要求及各种挑战，为什么仍然值得努力去实现这种加工方式呢?答案非常简单：一旦掌握了硬材料的高速铣削技术，就能大大提高生产率。平均而言，与传统的硬铣削工艺相比，高速硬铣削能使加工循环时间缩短1/2-2/3，并使加工表面光洁度达到无需再进行手工研磨或钳工精整的水平。事实上，在对硬度达HRC60的淬硬钢进行高速硬铣削加工时，可以稳定达到Ra7µm的表面粗糙度。目前，人们已能成功地以305m/min的切削速度铣削硬度为HRC45的淬硬钢;以183m/min的切削速度铣削硬度为HRC45-58的淬硬钢;以122m/min的切削速度铣削硬度超过HRC60的淬硬钢。探索试验仍在继续进行，而且人们发现，我们可以不断提高机床主轴转速，以更高的切削速度加工硬度更高的金属材料。

　　那么，成功的高速硬铣削需要具备哪些技术条件呢?显然，第一个要求是必须具有能达到高速加工(HSM)转速——平均从20,000r/min到大约40,000r/min——的高速主轴，从而能在不增大切削力的情况下采用更高的进给率。然而，速度并不是需要关注的最重要因素，因为更高的切削速度并不一定意味着更短的加工循环时间。如果你不能在高速铣削加工中保持与常规加工相同的精度水平，并具有一个可靠的加工系统，你就会花费更多的时间来解决各种层出不穷的问题。当你提高主轴转速时，必须确信机床具有足够的稳定性，并且确保加工系统其他方面(如数据处理、控制系统、通讯系统、伺服电机、轴系、切屑处理、刀具刚性等)的性能能够满足加工要求。

　　为了控制主轴的高速运转，就必须提高CNC控制系统的数据处理速度。与几年前使用的处理器相比，如今的高速处理器的运行速度已有大幅提高，控制软件也更加先进，如Makino(日本牧野)公司专门针对高速加工优化开发的SGI.4控制软件包。此外，现代总线结构和联接速度的提高使控制器能更有效、更可靠地与主轴通讯。

　　各种功能部件(如伺服电机和轴系)必须能满足高速加工的要求。伺服电机的设计必须能提供最大扭矩而不会使电机过载，以提高各运动轴的加速度，同时保持运动的平稳性，以保护机械零部件。许多新型数字伺服系统可提供1,600万个脉冲/滚珠丝杠每转的分辨率，从而有助于实现这一任务。目前，性能最佳的高速加工轴系是采用钢制滚道和陶瓷滚珠的混合型轴系，这种轴系在更高的转速下具有更小的扭矩，并具有更好的光洁度和电绝缘性。

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