最大化機床使用率和能力的需要是在恆定地增長。具有主軸轉速60,000到80,000r/min的現代機床為取得那些目標提供真正的機會，而且是實現高速加工(HSM)能力的重要部分。HSM的定義總是涉及和包括諸如切削速度、主軸轉速和進給量等因素的組合；但是，它通常被定義為轉速在15,000r/min及以上或速度高於每分鐘1000英尺(取決於刀具直徑)的小切深加工。但是，飛快的主軸轉速和進給速度只是一個部分。為了轉變到HSM，製造商還需嚴格關注刀具、刀柄和傳統的應用專長。 刀具的要求 為使這些最高轉速應用成為可能，刀具必須是精密且耐用的，或者更精確、更可預計壽命，尤其是在無人看管的加工中。它們還必須能維持高速時的夾持精度和抵抗彎曲變形及振動，尤其是在長懸伸的應用中。動平衡、刃口修磨、幾何角度和刀具(切削刃)材料或材質等級都對精度和壽命有作用。不同的刀桿材料也是考慮的因素，刀桿材料包括鋼件、重金屬和硬質合金，其中硬質合金的剛性最好。 既然刀具磨損在加工過程中的速率各不相同，製造商必須知道使用壽命-刀具需要轉位、重磨或更換的時間點，取決於刀具的類型。知道和明白可預計的刀具壽命有助於工廠充分了解他們的刀具，而更重要的是在車間里發揮最大的作用。 刀具與HSM 很多HSM應用在模具製造中得到實施，使用各種立銑刀。封閉的型腔銑削和模具加工在本質上是相同的，它們都對機床在多個方向上的加工能力有很高的要求。常見的加工包括粗加工、半精加工和精加工，其中精加工最耗時，占整個加工的90%。刀具的進展和進一步的研發以及HSM的使用已經使製造商顯著地縮短整個製造時間，幾乎消除了手工的需求。真正的直壁加工也可通過120度球頭銑刀實現，這種銑刀能有效地進行上行和下行加工，進一步縮短加工周期。 用於HSM的精密刀具的理念還適用於滿足日益增長的小直徑應用和高精度內孔的需求。為了從事於這些應用領域，模具製造商應該為直徑從0.012英寸(0.3mm)到0.315英寸(8mm)的精密內孔加工應用選擇一系列的精鏜刀。這種刀具使用的連接技術針對很低的跳動和很高的零件表面粗糙度質量。 為了完善鏜刀的範圍，一種軸向型的精鏜刀頭提供鏜孔直徑方向增量為.0004英寸(0.1mm)的微調和.0001英寸(0.025mm)的游標刻度微調。精密的製造和超精密的調節允許加工速度高達30,000 r/min(4,920sfm，1500m/min)。這種刀具的開發從刀具和夾持裝置兩方面進一步強化了精度的重要性。 刀柄與HSM 諸如避免振動、彎曲變形和最小化跳動量的能力等刀具方面的挑戰同樣都是由剛性、同心度和刀柄的動平衡決定的。刀柄的選擇不計其數，對於所有的應用沒有一個固定的答案。其中有彈簧夾頭型式、那些使用(心軸)止動螺釘的銑刀柄、液壓刀柄，當然還有熱脹型式的刀柄。當考慮使用HSM，刀具的動平衡是必須的，而普通平衡的最高值可能僅滿足普通應用。彈簧夾頭刀柄是可接受的，但僅它們被精密磨削以避免普通的跳動量。 例如，當考慮「D型」彈簧夾頭(全部精密磨削)時，你得到完全靜力的夾緊，意味著在高速時將不會裡張開。相反，如果你使用ER彈簧夾頭，有較大的常規跳動量，而且當轉速上升時，由於離心力的原因使彈簧夾頭自然地微張，夾緊實際上變差了。 液壓刀柄提供極佳的傳遞扭矩和近乎完美的同心度，所以這種型式是一種理想的選擇，僅有的缺點是整個單元比較大且會限制在某種應用的實際使用。 在刀柄的所有選擇中，熱脹刀柄與上述其它類型都不同，它具有最好的精度和剛性，使其成為最高轉速HSM應用的最佳選擇。熱套系統由一台帶有加熱的電感線圈和可選的冷卻裝置的機器與一系列實際上能無限次收縮和『脹開』的專用刀柄組成。這種工藝把熱量集中到刀柄的前端，脹開刀柄的內徑並使所選的刀具滑入。當前端冷卻時，它收縮並與刀具成為一體。動平衡和對刀也能實現。不象其它夾持方法，熱脹刀柄能傳遞最高的扭矩，3倍長徑比處的精度為3μm，而且可靈活地伸到其它刀具難以到達的區域。 關於不同的錐柄類型一直有很多爭論，而論點是每種刀柄都有其長處。單從尾端來判斷針對高速的重複性、重量和能力的話，將讓我們接受HSK最理想地適合於HSM；但是，這種改變取決於工廠的條件和其它幾個因素，所以都必須在評估時加以考慮。 一系列特別設計的針對熱脹循環精度最大化的刀柄是對熱套設備的有益補充。 動平衡與HSM 由於機床的能力是確定的，而且正在進行刀具和刀柄的正確選擇，HSM是一種快選的答案，對嗎？不完全是。必須對裝配好的刀具和刀柄特別地關注。事實是每種固有的動平衡指標不能轉化為裝配好后的動平衡指標。因此在刀具和刀柄連接之後必須做動平衡。這對你選擇的任何組合都是正確的，而且真正是有效和經濟加工的關鍵，甚至是較低的速度、重載切削應用，但對HSM是絕對關鍵的。 為了在進行高速應用時獲得很好的表面粗糙度和維持長且可預計的刀具壽命，你必須進行刀具的動平衡。了解動平衡的問題之一是知道你的機床能承受的最大「動不平衡量」。作為一個常用的經驗法則，每毫米3克的動不平衡量對於HSM刀柄是可接受的。但是在非常高的主軸轉速(30,000+ r/min)時，要求接近每毫米1克是很正常的。 與其對比的是一把標準的普通立銑刀柄，動不平衡量可能高達每毫米250克。根據實際使用的轉速，這可能是災難性的失敗和完全的成功之間的區別。動平衡的刀具在任何轉速下都將產生更好的結果，但當考慮HSM時成為絕對的必備條件，它對生產率、質量、一致性和安全性有極大的影響。 精鏜刀頭預動平衡到30,000r/min並為該系列的整體刀具(都具有相同的柄部尺寸)最佳的加工提供精密的調節。 全方位逼近 最後一個方面仍然是人的智慧。機床、刀具和刀柄的顯著進步仍然需要有經驗的技師和應用工程師進行正確的評估、選擇和應用。因此，在你提高主軸的轉速之前，向你的技師和應用專家諮詢以確保安全和高效的加工。 HSM將繼續對很多行業(如模具，以及汽車、航空)的生產率和獲利能力有著主要的影響。從非常軟的金屬和非金屬到60RC+的模具鋼，很多工廠的成功將依託HSM的能力。而那些實踐『全方位』工藝(包括機床、刀具、刀柄、正確的動平衡和應用支持)的將興旺發達。 | |
