高速切削技術及其刀柄結構

摘要：高速切削技術是近十多年來發展最為迅速的先進制造技術之一。文章在論述高速切削技術發展歷程和特點的基礎上，著重研究了高速切削技術中的刀柄結構，包括HSK、KM及CAPTO，并比較了常用的BT刀柄與HKS、KM刀柄的拉緊特性。對高速旋轉所帶來的特殊的動平衡問題及其執行標準也作了敘述。

1、概述

    高速切削是一個相對概念，并且隨著時代的進步而不斷變化。一般認為高速切削或超高速切削的速度為普通切削加工的5～10倍�？梢詮牟煌�的角度對切削速度進行劃分，如從加工工藝的角度看，高速切削加工范圍為：車削700~7000m/min；銑削300~6000m/min；鉆削200~1100m/min；磨削150~360m/min。也可以根據被加工材料來確定高速切削的范圍，如加工鋼材達到380m/min以上、鑄鐵700m/min以上、銅材1000m/min以上、鋁材1100m/min以上。也可以根據主軸轉速、功率、錐孔大小、和平衡標準來劃分，如按主軸的Dn值劃分，高速主軸的Dn值一般為500000~2000000；對于加工中心，可按主軸錐孔的大小來劃分：50號錐——10000~20000r/min；40號錐——20000~40000r/min；30號錐——25000~40000r/min；HSK錐——20000~40000r/min；KM錐——35000r/min以上。而根據ISO—1940，高速主軸的轉速至少要超過8000r/min。1978年CIRP切削委員會將高速切削定為500～7500m/min[1][2][3]。

    研究表明：隨著切削速度的提高，切削力會降低15～30％以上，切削熱量大多被切屑帶走，加工表面質量可提高1～2級，生產效率的提高，可降低制造成本20％～40％。所以高速切削意義不僅僅是得到較高的表面切削質量[2]。

    國外對高速切削技術的研究比較早，可以追溯到20世紀60年代。目前已應用于航空、航天、汽車、模具等多種工業中的鋼、鑄鐵及其合金、鋁、鎂合金、超級合金（鎳基、鉻基、鐵基和鈦基合金）及碳素纖維增強塑料等復合材料的加工，其中以加工鑄鐵和鋁合金最為普遍。加工鋼和鑄鐵及其合金可達到500～1500m/min，加工鋁及其合金可達到3000～4000m/min[3]。 

    我國在高速切削領域方面的研究起步較晚，20世紀80年代才開始研究高速硬切削。刀具以高速鋼、硬質合金為主，切削速度大多在100～200m/min，高速鋼在40m/min以內。切削水平和加工效率都比較低。近年來，雖然對高速切削技術已有比較深的認識，進口的部分數控機床和加工中心中也能達到高速切削加工的要求，但由于刀具等原因，高速切削技術應用也較少。目前主要在模具、汽車、航空、航天工業應用高速切削技術稍多，一般采用進口刀具，以加工鑄鐵和鋁合金為主[3]。

    高速切削技術主要分為兩方面，一方面是高速切削刀具技術，包括刀具材料、刀柄和刀夾系統、刀具動平衡技術、高速切削數據庫技術、檢測與監控系統等；另一方面是高速數控機床技術，包括機床整機結構的靜動熱態特性、電主軸、直線電機進給系統、數控與伺服系統的高速及高加速度性能、軸承潤滑系統、刀具冷卻系統等。本文重點談談高速切削技術中的刀柄結構。