在实际加工中刀具的选择应考虑以下几个因素:工件材料、工件形状、加工要求、加工机床、系统刚性以及表面质量技术要求等。 以涡轮机匣零件为例: 1. 从工件材料上分析,变形高温合金、铸造高温合金等难加工材料大量采用,这些难加工材料导热系数小、强度大、切削温度高,易产生加工硬化,切削时刀具磨损快,刀具寿命短,刀具消耗量大,因此必须合理选择刀具几何角度。 2. 从工件结构上来看,壁薄、刚性差、难加工。加工零件凸起部分时,刀具系统容易与零件、夹具干涉,因此,必须对刀具路径进行优化,如插铣加工代替侧铣,空行程快速走刀,优化抬刀位置,采用螺旋插补等方式进行铣削。 3. 从加工工序上分析,机匣需要经过粗加工、半精加工、精加工,为了节省刀具费用,在制造这类零件时,粗加工时可采用高性能陶瓷铣刀,半精加工和精加工时采用标准硬质合金刀具和非标高性能专用刀具,这样可显著提高生产效率。 4. 从加工经济性方面上来说,刀具配置方案需要不断改进,尽量采用刀具商最新研发的产品。
复合加工工艺注意要点: (1)防止加工中出现干涉。由于车铣复合加工中心增加了铣削加工时的主轴刀具回转功能,使其不同于原来车床的滑枕加刀夹结构,显得较为庞大。在加工零件时,必须要考虑是否会与零件、夹具、机床工作台(或转盘)产生干涉与碰撞。解决的方法是,应用几何虚拟仿真技术,虚拟仿真软件环境建立零件、夹具、机床工作台(或转盘)和机床铣削主轴准确的三维数据模型,运行数控加工程序,检查刀具轨迹是否过切,判断铣削主轴是否与零件、夹具以及工作台干涉,并根据干涉具体情况采取有效措施予以调整,通过加长刀具刀杆的长度,加高夹具的高度,使铣削主轴有足够的运动行程空间。 (2)工艺路线编排合理。车铣复合或铣车复合工序尽量安排在零件的精加工阶段,也即零件的最终成形加工阶段。粗加工或半精加工工序安排在常规设备上进行。这样既可以规避高端设备资源紧张的情况,又最大化的将车、铣、钻、镗等多个工艺集中,一次性加工完成工件大部分加工,提高零件的加工精度。
航空发动机的涡轮盘、整体叶盘、涡轮叶片等零件的材料大多为钛合金和镍基高温合金,如图所示,由于大多是薄壁件,因此对其制造精度要求极高,对其加工刀具要求亦很高。高温合金加工时由于其切削力大、加工硬化倾向大、切削温度高、刀具磨损严重使其成为典型的难加工材料。 高温合金家族共有的特点:导热性差、弹性模量小、化学活性高和摩擦系数大,还具有其他高温合金不具备的高强度、高韧性和高硬度的特点使得其归属于难加工材料行列。在车削过程中主要表现在切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力集中,切削温度高,切屑不易折断并且锯齿化严重,刀具磨损严重,导致加工效率很低,工件加工表面质量较差。