以前,人們還認為硬度超過HRC45的金屬材料很難實現(xiàn)高速加工,因此,通常的做法是先對軟鋼工件進行粗加工和半精加工,然后在將其淬硬后,再使用具有足夠加工能力的機床(或通過手工)對淬硬工件進行精加工,以去除微小余量。加工淬硬工件時,為了避免損壞機床和刀具,只能采用很低的切削速度。
為了高速加工淬硬鋼,必須具備能夠達到加工要求的機床、控制系統(tǒng)和工具系統(tǒng)。此外,還必須編制合適的加工程序,這些程序必須考慮高速銑削淬硬材料時刀具所承受的各種應(yīng)力。最后,還需要考慮如何對操作人員進行相關(guān)培訓(xùn),因為要成功實現(xiàn)淬硬鋼的高速加工,必須具有一種不同的思維方式。
既然硬材料的高速加工(HSM)具有這些嚴苛要求及各種挑戰(zhàn),為什么仍然值得努力去實現(xiàn)這種加工方式呢?答案非常簡單:一旦掌握了硬材料的高速銑削技術(shù),就能大大提高生產(chǎn)率。總體而言,與傳統(tǒng)的硬銑削工藝相比,高速硬銑削能使加工循環(huán)時間縮短1/2-2/3,并使加工表面光潔度達到無需再進行手工研磨或鉗工精整的水平。然,在對硬度達HRC60的淬硬鋼進行高速硬銑削加工時,可以穩(wěn)定達到Ra7?m的表面粗糙度。目前,人們已能成功地以305m/min的切削速度銑削硬度為HRC45的淬硬鋼;以183m/min的切削速度銑削硬度為HRC45-58的淬硬鋼;以122m/min的切削速度銑削硬度超過HRC60的淬硬鋼。探索試驗仍在繼續(xù)進行,而且人們發(fā)現(xiàn),我們可以不斷提高機床主軸轉(zhuǎn)速,以更高的切削速度加工硬度更高的金屬材料。
那么,成功的高速硬銑削需要具備哪些技術(shù)條件呢?顯然,第一個要求是必須具有能達到高速加工(HSM)轉(zhuǎn)速——平均從20,000r/min到大約40,000r/min——的高速主軸,從而能在不增大切削力的情況下采用更高的進給率。然而,速度并不是需要關(guān)注的最重要因素,因為更高的切削速度并不一定意味著更短的加工循環(huán)時間。如果你不能在高速銑削加工中保持與常規(guī)加工相同的精度水平,并具有一個可靠的加工系統(tǒng),你就會花費更多的時間來解決各種層出不窮的問題。當你提高主軸轉(zhuǎn)速時,必須確信機床具有足夠的穩(wěn)定性,并且確保加工系統(tǒng)其他方面(如數(shù)據(jù)處理、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、伺服電機、軸系、切屑處理、刀具剛性等)的性能能夠滿足加工要求。
為了控制主軸的高速運轉(zhuǎn),就必須提高CNC控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度。與幾年前使用的處理器相比,如今的高速處理器的運行速度已有大幅提高,控制軟件也更加先進,如Makino(日本牧野)公司專門針對高速加工優(yōu)化開發(fā)的SGI.4控制軟件包。此外,現(xiàn)代總線結(jié)構(gòu)和聯(lián)接速度的提高使控制器能更有效、更可靠地與主軸通訊。
各種功能部件(如伺服電機和軸系)必須能滿足高速加工的要求。伺服電機的設(shè)計必須能提供最大扭矩而不會使電機過載,以提高各運動軸的加速度,同時保持運動的平穩(wěn)性,以保護機械零部件。許多新型數(shù)字伺服系統(tǒng)可提供1,600萬個脈沖/滾珠絲杠每轉(zhuǎn)的分辨率,從而有助于實現(xiàn)這一任務(wù)。目前,性能最佳的高速加工軸系是采用鋼制滾道和陶瓷滾珠的混合型軸系,這種軸系在更高的轉(zhuǎn)速下具有更小的扭矩,并具有更好的光潔度和電絕緣性。
此外,切屑處理系統(tǒng)也不容忽視。在高速加工中,由于金屬去除率大大提高,因此,快速而有效地從加工區(qū)排出切屑至關(guān)重要。
當高速銑削硬度大于HRC45的工件材料時,很容易產(chǎn)生振動和高溫,從而可能導(dǎo)致加工誤差、顫振、刀具失效和其他一些問題。
為了應(yīng)對振動和高溫,首先需要采取的步驟是采用穩(wěn)定性好的機床和刀具夾頭。一般來說