Key words
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普通铣削加工采用低的进给速度和大的切削参数，而高速铣削加工则采用高的进给速度和小的切削参数，高速铣削加工相对于普通铣削加工具有如下特点：
（1）高效 高速铣削的主轴转速一般为15000r/min～40000r/min，最高可达100000r/min。在切削钢时，其切削速度约为400m/min，比传统的
根据高速切削的动平衡规定，主轴转速至少要达到8000 r/min以上。其进给速度至少大于20m/min。50柄转速达到10000～20000 r/min，40柄以及HSK刀柄20000～40000 r/min，KM刀柄达到35000 r/min以上。由于高速铣削动平衡的要求，在配置高速铣削刀柄刀具时优先配置经过动平衡测试的刀具系统，其次用户可以自行采用动平衡机及调整系统进行动平衡调节，但其使用非常麻烦。美国Kennametal公司推出了一种通过调节主轴系统的自动平衡刀柄系统TABS刀柄，但目前应用还不广泛。为有效发挥高速切削的加工效率，在配置高速刀具夹持刀柄系统时显得非常重要，传统的弹簧夹头、螺钉连接刀柄已不能满足高速铣削夹持精度高、结构对称性好、传递扭矩大等要求，以下为作者总结的高速刀具及刀柄配置经验。
由上式可见，提高刀具的动平衡性可显著减小离心力，提高高速刀具的安全性。因此，按照标准草案要求，用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试，并应达到ISO1940－1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。
1.4刀具选择
由于高速铣削对刀具刀柄要求较高，在购置高速刀具时尽量购置经过动平衡测试的刀具。通常选用图1所示的3种立铣刀进行铣削加工，在高速铣削中一般不推荐使用平底立铣刀。平底立铣刀在切削时刀尖部位由于流屑干涉，切屑变形大，同时有效切削刃长度最短，导致刀尖受力大、切削温度高，导致快速磨损。在工艺允许的条件下，尽量采用刀尖圆弧半径较大的刀具进行高速铣削。
第一、优先配置热胀式刀柄通过热胀式加热仪装置进行加热，通过热胀冷缩的原理对刀具进行夹紧，其回转精度、结构
对称性、动平衡性能均较液压式刀柄好，在欧洲应用非常广泛，尤其适合模具等行业产品的高速切削加工，该刀柄可达到40000r/min。其中热胀式装刀装置以德国Thermal Grip为典型代表。
其次、液压式刀柄是高精度、高性能的刀柄夹持柄，其回转精度、结构对称性和动平衡性能均较好，减振性好，可有效提高切削效率和刀具的使用寿命，液压式刀柄以德国雄克公司的为典型代表，经过动平衡后转速可达到25000r/min。
第三、整体式刀柄，如日本Nikken公司刀柄、奥地利盘石的整体铝合金铣削刀柄，其结构主要是刀体和刀柄为一体，在经过动平衡测试调整后，再安装铣削刀片进行动平衡调节来满足高速铣削加工的需要，整体式刀柄尤其适合模具的高速粗加工和铝合金高速铣削。其转速一般可以达到10000～30000r/min之间。
最后、高速铣削应用精密弹簧夹头刀柄和侧固式刀柄时，其转速由于本身结构的限制，一般难以达到20000 r/min，精密弹簧夹头刀柄一般可达到12000～15000 r/min，而侧固式刀柄则难以达到10000 r/min，在高速机床上尽量少用。
1.3提高刀具的动平衡性
提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷，其大小与转速的平方成正比。
设旋转体质量为m，质心与旋转体中心的偏心量为e，则由不平衡量引起的惯性离心力F为：
F=emω2=U（n/9549）2
式中：U为刀具系统不平衡量（g·mm），e为刀具系统质心偏心量（mm），m为刀具系统质量（kg），n为刀具系统转速（r/min），ω为刀具系统角速度（rad/s）。
随着立铣刀刀尖圆弧半径的增加，平均切削厚度和主偏角均下降，同时刀具轴向受力增加可以充分利用机床的轴向刚度，减小刀具变形和切削振动。
图1为高速铣削铝合金时，等铣削面积时两种刀具的铣削力对比。刀具为直径Φ10mm的2齿整体硬质合金立铣刀，螺旋角30度。刀尖圆弧半径为1.5mm和无刀尖圆弧的两种刀具。
图1刀尖圆弧半径对铣削力的影响
机械工程学院
1001011435
张伟
关于高速铣削加工工艺的浅论
张伟
(1.沈阳理工大学,机械工程学院,机械设计制造及其自动化沈阳201311；)
摘要：传统意义上的高速切削是以切削速度的高低来进行分类的，而削机床则是以转速的高低进行分类。如果从切削变形的机理来看高速切削，则前一种分类比较合适；但是若从切削工艺的角度出发，则后一种更恰当。随着主轴转速的提高，机床的结构，刀具结构，刀具装夹和机床特性都有本质上的改变。高速意味着高离心力，传统的7:24锥柄，弹簧夹头，液压夹头在离心力的作用下，难以提供足够夹持力，同时为避免切削振动要求刀具系统具有更高的动平衡精度。高速切削的最大优势并不在于速度，进给速度提高所导致的效率提高，而由于采用了更高的切削速度和进给速度，允许采用较小的切削用量进行切削加工。由于切削用量的降低，切削力和切削热随之降低，工艺系统变形减小，可以避免铣削振动。利用这一特性可以通过高速铣削工艺加工薄壁结构零件。
铣削加工高5～10倍；在加工模具型腔时与传统的加工方法(传统铣削、电火花成形加工等)相比其效率提高4～5倍。
（2）高精度 高速铣削加工精度一般为10μm，有的精度还要高。
（3）高的表面质量 由于高速铣削时工件温升小（约为3°C），故表面没有变质层及微裂纹，热变形也小。最好的表面粗糙度Ra小于1μm，减少了后续磨削及抛光工作量。
关键词：高速铣削加工工艺
中图分类号：TG156
About High Speed Milling Technology Discussion
(1. Shenyang Li gong University
Abstract：Traditional high-speed cutting is to classify the level of cutting , and the cutting speed of the machine is based on the level of classification. If the view of the cutting mechanism of deformation speed cutting, the former is more appropriate classification ; However, if the angle of the cutting process , the latter is more appropriate. As the spindle speed increases , the structure of the machine tool structure , tool clamping and machine characteristics are essentially changed. High speed means high centrifugal force , the traditional 7:24 taper , collet chuck , hydraulic chuck under the effect of centrifugal force , it is difficult to provide sufficient clamping force , as well as to avoid cutting vibration requires balancing tool system has higher precision . The biggest advantage of high-speed cutting is not the speed, feed speed increased efficiency resulting from , but thanks to the higher cutting speed and feed rate, allowing the use of smaller cutting for cutting. Since the reduction cutting , cutting force and cutting heat decreases, reducing deformation process system to avoid vibration milling . Using this feature can speed milling machining thin-walled structural components .
1.2高速铣削刀柄
由于高速切削时，主轴、刀柄及刀具在高速旋转情况下，较小的偏心就会产生较大的离心力，由振动引起产品的质量、降低主轴和刀具的使用寿命。常规的刀具刀柄系统难以满足高速切削时的切削刚度和精度要求。现阶段比较流行常用的高速刀柄系统主要有德国的HSK刀柄、美国KM刀柄、日本NC5刀柄。HSK刀柄及KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧，其重复定位精度在传统7:24的锥度刀柄±2.5μm提高到±1μm，采用这种刀柄系统可以提高主轴刚度、由于其契形效果好，能提高刀具的抗扭能力，且转速越高其锁紧力越大。但这种刀柄价格较贵，一般为常规刀柄的1.5～2倍，其最低转速小于KM刀柄。一般情况下，高速铣削时，刀具刀柄的不平衡力小于切削力时，不影响刀具的使用寿命和切削效率。
铣削面积同定为a，ap·ae=2.0mm2。当轴向铣削深度减小时，则增大径向铣削深度。对应的主轴转速为18000rpm，进给速度3600mm/min。
从图中可以看出，在圆角立铣刀的铣削力明显小于平底立铣刀，同时在轴向切深较小时铣削力迅速下降。
因此，在高速铣削加工时通常采用刀尖圆弧半径较大的立铣刀，且轴向切深一般不宜超过刀尖圆弧半径；径向切削深度的选择和加工材料有关，对于铝合金之类的轻合金为提高加工效率可以采用较大的径向铣削深度，对于钢及其他加工性稍差的材料宜选择较小的径向铣削深度，减缓刀具磨损。
（4）可加工高硬材料 可铣削50～54HRC的钢材，铣削的最高硬度可达60HRC。