三、高速切削加工的刀柄和刀具

    　由于高速切削加工时离心力和振动的影响，要求刀具具有很高的几何精度和装夹重
复定位精度以及很高的刚度和高速动平衡的安全可靠性。由于高速切削加工时较大的离心
力和振动等特点，传统的 7:24 锥度刀柄系统在进行高速切削时表现出明显的刚性不足、重
复定位精度不高、轴向尺寸不稳定等缺陷，主轴的膨胀引起刀具及夹紧机构质心的偏离，
影响刀具的动平衡能力。目前应用较多的是 HSK 高速刀柄和国外现今流行的热胀冷缩紧
固式刀柄。热胀冷缩紧固式刀柄有加热系统，刀柄一般都采用锥部与主轴端面同时接触，
其刚性较好，但是刀具可换性较差，一个刀柄只能安装一种连接直径的刀具。由于此类加

 

热系统比较昂贵，在初期时采用 HSK 类的刀柄系统即可。当企业的高速机床数量超过 3

 

台以上时，采用热胀冷缩紧固式刀柄比较合适。
     

　 刀具是高速切削加工中最活跃重要的因素之一，它直接影响着加工效率、制造成本

和产品的加工精度。刀具在高速加工过程中要承受高温、高压、摩擦、冲击和振动等载荷，
高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲
劳的特性。高速切削加工的刀具技术发展速度很快，应用较多的如金刚石(PCD)、立方氮化
硼(CBN)、陶瓷刀具、涂层硬质合金、(碳)氮化钛硬质合金 TIC(N)

 

等。

    　在加工铸铁和合金钢的切削刀具中，硬质合金是最常用的刀具材料。硬质合金刀具
耐磨性好，但硬度比立方氮化硼和陶瓷低。为提高硬度和表面光洁度，采用刀具涂层技术，
涂层材料为氮化钛(TiN)、氮化铝钛(TiALN)等。涂层技术使涂层由单一涂层发展为多层、多
种涂层材料的涂层，已成为提高高速切削能力的关键技术之一。直径在 10~40mm 范围内，
且有碳氮化钛涂层的硬质合金刀片能够加工洛氏硬度小于 42 的材料，而氮化钛铝涂层的
刀具能够加工洛氏硬度为 42 甚至更高的材料。高速切削钢材时，刀具材料应选用热硬性
和疲劳强度高的 P 类硬质合金、涂层硬质合金、立方氮化硼（CBN）与 CBN 复合刀具材料
（WBN）等。切削铸铁，应选用细晶粒的 K 类硬质合金进行粗加工，选用复合氮化硅陶
瓷或聚晶立方氮化硼（PCNB）复合刀具进行精加工。精密加工有色金属或非金属材料时，
应选用聚晶金刚石 PCD 或 CVD 金刚石涂层刀具。选择切削参数时，针对圆刀片和球头铣
刀，应注意有效直径的概念。高速铣削刀具应按动平衡设计制造。刀具的前角比常规刀具
的前角要小，后角略大。主副切削刃连接处应修圆或导角，来增大刀尖角，防止刀尖处热
磨损。应加大刀尖附近的切削刃长度和刀具材料体积，提高刀具刚性。在保证安全和满足
加工要求的条件下，刀具悬伸尽可能短，刀体中央韧性要好。刀柄要比刀具直径粗壮，连
接柄呈倒锥状，以增加其刚性。尽量在刀具及刀具系统中央留有冷却液孔。球头立铣刀要
考虑有效切削长度，刃口要尽量短，两螺旋槽球头立铣刀通常用于粗铣复杂曲面，四螺

 

旋槽球头立铣刀通常用于精铣复杂曲面。

 

四、模具高速加工工艺及策略

　　高速加工包括以去除余量为目的的粗加工、残留粗加工，以及以获取高质量的加工表

 

面及细微结构为目的的半精加工、精加工和镜面加工等。
    1. 

 

粗加工

　　模具粗加工的主要目标是追求单位时间内的材料去除率，并为半精加工准备工件的
几何轮廓。高速加工中的粗加工所应采取的工艺方案是高切削速度、高进给率和小切削用
量的组合。等高加工方式是众多 CAM 软件普遍采用的一种加工方式。应用较多的是螺旋等
高和等 Z 轴等高两种方式，也就是在加工区域仅一次进刀，在不抬刀的情况下生成连续