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最新切削加工技术(三):向高速车铣和微细加工发展
来源: | 作者:4xh16r | 发布时间: 2018-05-17 | 2077 次浏览 | 分享到:
在CO2减排和节能潮流中,LED(发光二极管)的照明应用得到迅速推进。对制造LED及LED透镜过程中使用的模具加工而言,需要进行基于切削的微细加工。在硬盘流体轴承部件的内径切削,以及医疗领域的微细液体流路加工等微细加工作业中,切削与纳米压印、激光加工及放电加工等占有同等重要的地位。

在技术上,目前已能够实现nm(纳米)级别的加工精度。这是在高速车铣方面的技术积累基础上得到的成果。

可应用于微细加工的高速车铣

超微粒子合金和超超微粒子合金

高精度化和高生产效率等要求能够以10万rpm以上的高速旋转小径立铣刀来进行切削。下面来解释一下其原理。

要想提高加工精度,必须使刀具很浅地切入。如果不增加其他手段的话,就要付出加工时间随加工长度延长的代价。因此,在每刃切入量保持固定的情况下通过高速旋转进行高速进给,便可使单位时间的切削容积得到增加。而且,高速切削还有望实现大幅减薄切屑,降低切削阻力的优点。

这样,加工过程中刀具所产生的弯曲阻力也会减少,从而使刚性低的小径刀具也能够实现良好的加工效果。另外还有望抑制刀具的磨损。从这些情况来看,如何有效实现基于高速旋转、浅量切入及高速进给的高速切削,对于微加工而言十分重要。

目前已有实验结果实证了这一原理。在超高速小型空气轴承涡轮机轴(ABSF-1600:NAKANISHI制造)上使用超硬涂层半径立铣刀,在切入量和切削长度相同的条件下,分别以10万rpm和14万rpm进行平面加工,尝试测定了加工负荷导致的与标准设定转速的转速偏差。然后经波形信号处理,得出了转速降低时的平均切削阻力和分析结果。数据显示,14万rpm与10万rpm相比,切削阻力降低了9.6%。也就是说,高速旋转使切削负荷明显趋于减轻,在利用小径刀具的加工中起到了有利作用。

适于微细加工的高速车铣刀具设计

不过,现有的装置及系统很难实现上述作业。必须要对刀具、机床及控制方式分别进行全新设计。首先从刀具来看,要想实现次微米级别的超精密切削精度,刀具磨损极限就必须控制在数μm以下(退刀面磨损摩耗宽度)。在这一方面,高速车铣的研究成果提供了有效数据。

比如,在对立铣刀进行微小径设计时,为了提高刀具刚性,必须要最大限度地确保截面面积。因此,切削刀刃间的沟槽较浅,前角为负值(切削刀刃的前倾面比直角更向进给方向一侧进行前倾)的切削刀刃形状更为有利。负值的切削刀刃其刀尖角度以钝角(大于90°)常见,进行高速车铣时具有充分的切削加工能力。