【編者按】聚焦高效銑削加工技術(shù)是提高生產(chǎn)效率稿棚、縮短加工時(shí)間和降低生產(chǎn)成本的重要途徑夸营。刀具技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是在刀具材料的進(jìn)一步優(yōu)化璃疫、高效銑削工藝得到了迅速發(fā)展迅忙，并在航空業(yè)和模具制造業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。

　　加工諸如飛機(jī)整體構(gòu)件窖韧、模具型腔姆巨、 壓縮機(jī)環(huán)形葉盤(pán)和渦輪葉片以及 大型動(dòng)力設(shè)備箱體等這樣一些材料切除量大，形狀又復(fù)雜的構(gòu)件姐蝠，采用高效銑削是提高生產(chǎn)效率嫩碘、縮短加工時(shí)間和降低生產(chǎn)成本的重要途徑。近10多年來(lái)幕柬，隨著高效刀具的不斷開(kāi)發(fā)和工藝參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化臊啃，高效銑削工藝得到了迅速發(fā)展，并在航空業(yè)和模具制造業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用拆内。

　　采用較高的ap和ae工藝參數(shù)旋圆，提高材料切除率

　　高效銑削的特征是具有很高的材料切除率宠默，這也是衡量其加工經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。材料切除率（Q）是背吃刀量（ap）灵巧、側(cè)吃刀量（ae）和進(jìn)給速度（vf）三個(gè)工藝參數(shù)的乘積搀矫。而進(jìn)給速度又是每齒進(jìn)給量（fz）、刀齒數(shù)（z）和銑刀的轉(zhuǎn)速（n）的乘積刻肄。所以材料切除率可用下式來(lái)表示：

　　Q=ap.ae.vf
　　=ap.ae.fz.z.n (cm3/min)

　　我們從銑削加工的這兩個(gè)關(guān)系式中可以看出瓤球，當(dāng)采用較大的切削深度（達(dá)1-2倍的銑刀直徑）、銑刀直徑大小的側(cè)吃刀量和較高的進(jìn)給速度（相應(yīng)較高的銑削速度）時(shí)敏弃，可以極大地提高材料的切除率冰垄。

　　采用這種加工工藝對(duì)于制造飛機(jī)薄壁整體結(jié)構(gòu)件具有特別重要的意義。因?yàn)橐獙⒄麎K高強(qiáng)度塑性鋁合金加工成整體構(gòu)件需要切除掉90%-95%的材料权她。這樣大的加工量虹茶，只有通過(guò)采用特別高效的切削工藝，以最短的時(shí)間切除掉盡可能多的材料才能降低生產(chǎn)成本隅要。這樣的需求也就促進(jìn)了飛機(jī)制造業(yè)率先采用了高效切削工藝蝴罪，例如歐洲航空防務(wù)及航天公司（EADS）在生產(chǎn)軍用飛機(jī)的整體構(gòu)件（2000年）時(shí)，就通過(guò)采用高效加工把加工時(shí)間由先前常規(guī)加工所需的25小時(shí)縮短到了12小時(shí)讥啤，把加工時(shí)間縮短了一半以上（圖1） 驱糜。

　　高效銑削這種高效加工工藝不僅用于飛機(jī)的各種整體結(jié)構(gòu)件的加工，而且還應(yīng)用來(lái)從棒料加工成葉片睬仿，甚至愈來(lái)愈多地用來(lái)從一塊實(shí)心材料高效加工飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉盤(pán)（圖2）喧弦，無(wú)需制造單個(gè)葉片再進(jìn)行裝配。在銑削鋼竹小、鑄鐵和合金鋼件的槽吕迁、臺(tái)肩和槽腔以及進(jìn)行重切削時(shí)，也常常采用高效銑削工藝傲钳。銑槽時(shí)肿圾，背吃刀量一般達(dá)1.5D-2D。為平穩(wěn)地進(jìn)行切削和減少功率消耗棺昵，一般采用有不等分刀齒簇戳、不同螺旋角和正前角的銑刀。

　　高效銑削工藝销贝，旨在充分利用主軸最大功率的情況下盡可能獲得最大的材料切除率樊展。

　　目前，高效銑削鋁合金的材料切除率一般可高達(dá)8000-10000 cm3/min (8-10 升/min)堆生。然而专缠，隨著時(shí)間推移，更高的材料切除率以進(jìn)一步縮短加工時(shí)間，成為市場(chǎng)上更大的需求藤肢。

　　Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程和機(jī)床研究所所進(jìn)行的銑削試驗(yàn)表明太闺，當(dāng)工件重1.5 噸，要切除的材料份額為構(gòu)件重量的70%時(shí)嘁圈，如將材料切除率從8 L/min 提高到12 L/min 省骂，則粗加工的時(shí)間可縮短33%（圖3）。而高的材料切除率需要足夠高的主軸功率最住。例如采用Seco公司的JHP490高效銑刀在銑削鋁合金結(jié)構(gòu)件的槽腔時(shí)钞澳，通過(guò)采用較大的徑向和軸向切削深度使材料切除率達(dá)到9557 cm3/min, 而切削功率高達(dá)117 kW（圖4）。

 　　從這個(gè)實(shí)例中可以看出涨缚，高轉(zhuǎn)速轧粟、大功率和高轉(zhuǎn)矩的電主軸是提高鋁合金材料切除率的重要條件，目前脓魏，像GMN和Fischer等電主軸生產(chǎn)廠家相繼推出了新的高轉(zhuǎn)速础辉、大功率電主軸。如GMN的HCS170-40000/100 (n=40000 r/min, p=100 kW)妄舅，F(xiàn)ischer的MFW-2715/20 (n=20000r/min知狂，Ps1/s6-40%=150/187 kW)。當(dāng)電主軸的功率為150 kW時(shí)和绳，其銑削的材料切除率就可達(dá)到12750 cm3/min啰痒。

　　為了高效加工飛機(jī)鋁合金整體結(jié)構(gòu)件，DST公司近年來(lái)專門(mén)推出了ECOSPEED F 高效加工中心（圖5）挺教，主軸功率120 kW, 轉(zhuǎn)速達(dá)30000r/min. 機(jī)床采用并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Sprint-Z3 加工頭锥拖，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量輕， 動(dòng)態(tài)性能好阎肌，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件最佳的5軸聯(lián)加工昌漏。

　　而牧野公司的新一代大型臥式加工中心Ａ4-A20，主軸功率達(dá)120 kW升慕，而handtmann公司為達(dá)到極高的材料切除率而專門(mén)設(shè)計(jì)的AeroCell臥式加工中心蒂禽，其主軸功率高達(dá)150 kW（S6時(shí)，功率：180kW）旅急，最大功率時(shí)的材料切除率可達(dá)12.8 l/min，相當(dāng)于一分鐘切下35 kg重的鋁合金牡整。為便于排屑藐吮，加工工作臺(tái)作了立式配置。 

 　　為了可靠實(shí)施高效銑削鋁合金結(jié)構(gòu)件逃贝，除了配有大功率高轉(zhuǎn)矩的電主軸外谣辞，還需要有刀具、刀夾和機(jī)床等參與切削的各部件的協(xié)調(diào)配合沐扳。為防止高效銑削時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)泥从，精細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金鍍層銑刀則采用不等分齒或不同的螺旋排屑槽（如350/380）句占。在高效銑削時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的切削力和扭矩躯嫉，采用的刀夾應(yīng)具有很大的夾持力纱烘，以防止銑刀從刀夾中脫落。而機(jī)床除具有很高的剛性和工作穩(wěn)定性外祈餐，還應(yīng)便于排屑擂啥，并配有高效的排屑系統(tǒng)。
用較小的k和較大的fz工藝參數(shù)提高材料切除率

　　以較小的主偏角（k）和較大的每齒進(jìn)給量（fz）為特征的大進(jìn)給量銑削工藝萤翔，是繼上面所述高效銑削工藝之后俺乓，約在2003年在模具制造中發(fā)展起來(lái)的高效銑削新工藝。

　　在隨后的幾年中讼谅，這種工藝在諸如鍛模檀丝、成形模、注塑模和模型等制造領(lǐng)域里挟晒，都得到了推廣應(yīng)用邓刻。與前述高效銑削工藝的主要不同之處，是后者采用了有著較小主偏角或較大刀刃園弧半徑的銑刀摹搂，可采用比直角銑刀多好多倍的進(jìn)給速度锦是，由此顯著提高了材料的切除率。

　　主偏角（k）是可轉(zhuǎn)位刀片的主切削刃與工件加工表面之間的一個(gè)夾角指佳，這個(gè)角度的大小直接影響到切屑的厚度漓琢、切削力和刀具的壽命。而大進(jìn)給量銑削工藝的眾多優(yōu)點(diǎn)正是得益于采用了較小的主偏角捏梯。

　　很顯然稿施，主偏角越小，平均切屑厚度越迸嗨（h=fz sin k）鹃两，作用于刀刃上的徑向切削分力就越小，加工就越平穩(wěn)舀凛。而相應(yīng)較大的軸向分力則沿軸向作用于機(jī)床的主軸軸承上（圖6 俊扳、圖7和表1 ）。這樣猛遍，銑削加工時(shí)馋记，銑刀就不至于發(fā)生彎曲變形，而加工較深型腔時(shí)懊烤，所采用的較長(zhǎng)懸伸銑刀也不會(huì)有產(chǎn)生震動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)梯醒，大大提高了過(guò)程可靠性，還提高了刀具的使用壽命，從而允許顯著地提高銑刀的每齒進(jìn)給量茸习，進(jìn)而大大提高進(jìn)給速度畜隶。此外，銑刀大多采用較大的号胚、正的徑向和軸向前角籽慢，實(shí)現(xiàn)軟切削，減小了消耗的功率蔬澜。

　　近十年來(lái)人薯，諸如LMT、Ingersoll阶糖、Seco吸辑、Walter和Franken Fette等許多刀具制造廠商相繼開(kāi)發(fā)出了眾多的大進(jìn)給量高效銑刀，這些銑刀的結(jié)構(gòu)雖然不盡相同秃练，但它們的共同特點(diǎn)是都具有適合于實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給的刀刃幾何形狀串飘。

　　這種幾何形狀的特點(diǎn)是切削刀刃具有一個(gè)很大的園弧半徑或具有一個(gè)較平坦的主偏角。其中如 LMT Fette正方形大園弧刀刃半徑的銑刀雁痪、Walter的三棱形三刃銑刀和Horn三角形大園弧刀刃半徑的銑刀钳砰，這些銑刀都采用了較小的主偏角（10°-20°），可采用很高的每齒進(jìn)給量和很高的進(jìn)給速度進(jìn)行銑削加工猴襟，以獲得很高的材料切除率以及較短的加工時(shí)間许话。

　　眾多大進(jìn)給量高效銑削工藝的使用表明，采用高效銑削與采用常規(guī)銑削工藝相比曼庆，其材料的切除率可提高300%-500%稍途，加工時(shí)間可降低100%-150%，加工費(fèi)用約可降低60%-70%砚婆。

　　例如械拍，采用裝有三個(gè)可轉(zhuǎn)位園刀片的常規(guī)擰裝式銑刀粗銑模具鋼（40Cr MnMoS86）材質(zhì)的玻璃瓶吹模，切削速度Vc=250 m/min, 每齒進(jìn)給量fz=0.3mm装盯，背吃刀量ap=0.75mm,側(cè)吃刀量ae=18mm坷虑，銑削過(guò)程中采用冷風(fēng)冷卻。粗銑的加工時(shí)間為9分鐘埂奈。

　　而采用Franken公司裝有三個(gè)具有大園弧半徑的Time-S-Cut可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀迄损，進(jìn)行同樣的加工，而在切削用量方面只是將背吃刀量ap 降至0.5mm, 而fz提高到1.0mm, 這時(shí)的加工時(shí)間僅用了4分鐘挥转。加工時(shí)間為采用園刀片銑刀銑削時(shí)的45%海蔽，時(shí)間節(jié)省了125%。

　　又例如绑谣，高效粗銑擠壓機(jī)孔板的槽腔，孔板材料X5CrNiCuNb15 5合金鋼，機(jī)床小時(shí)使用費(fèi)用為230歐元借宵。過(guò)去采用的銑刀加工2個(gè)槽腔后就需要換刀茧淮，后改用Walter公司專門(mén)為加工模具而開(kāi)發(fā)的F2330 型高效大進(jìn)給量銑刀，現(xiàn)在加工5個(gè)槽腔后才需要換刀策谅。

　　主偏角很小着阿，切屑變薄，徑向切削力減小崔深，因而可采用很高的進(jìn)給速度茁帚，從而獲得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果（表2）：

　　在這個(gè)實(shí)例中，其費(fèi)用的節(jié)省是通過(guò)縮短加工時(shí)間所獲得的泳信。其中還沒(méi)有考慮刀具使用壽命的提高和輔助時(shí)間（換刀）的減少所帶來(lái)的效益娶痕。

　　再舉一個(gè)例子。德國(guó)G.M.W 公司采用Ingersoll公司的SP2L大進(jìn)給量銑刀筝仓，銑削大型船用柴油發(fā)電機(jī)不銹鋼箱體件（4400×3200×2200mm）的端面和接合面数截，銑刀主偏角僅為13°，每齒進(jìn)給量達(dá)2.5mm趾双，銑刀進(jìn)給速度達(dá)到6000mm/min俗退，材料切除率達(dá)1435cm3/min，比以往的加工提高了3倍甜殖。一年加工12件就節(jié)省了40000歐元满葛，降低了67%的加工費(fèi)用。

　　應(yīng)指出罢屈，采用大進(jìn)給量銑刀進(jìn)行高效加工嘀韧，由于切屑很薄，徑向切削力較小儡遮，功率消耗少乳蛾，故可以在常規(guī)的普通機(jī)床上使用，有很好的使用柔性鄙币。

　　10多年來(lái)肃叶，相繼發(fā)展起來(lái)的以高材料切除率為特征的高效銑削工藝，無(wú)論是采用高切削參數(shù)（ap 十嘿、ae 因惭、vc和vf）的高效銑削，還是采用小主偏角和大進(jìn)給量的高效銑削绩衷，這兩種高效銑削蹦魔，顯然已成為航空工業(yè)和模具制造業(yè)以及汽車等行業(yè)提高粗銑效率、縮短加工時(shí)間和降低生產(chǎn)成本的極為有效的手段咳燕。

　√乒省＋－對(duì)于高效銑削工藝來(lái)說(shuō)鉴吞，刀具技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是在刀具材料父系、涂層和幾何形狀方面的不斷發(fā)展和優(yōu)化組合摹椅，對(duì)開(kāi)發(fā)各種高效銑刀起了決定性作用。特別要提及的是椒蜜，優(yōu)化切削刀刃的幾何形狀是提高大進(jìn)給量銑刀材料切除率的基礎(chǔ)梦啊。而機(jī)床、電主軸厌留、刀夾炼岖、冷卻和控制技術(shù)的不斷發(fā)展則為高效銑刀加工能力的發(fā)揮提供了條件。

　　今后囊像，用戶的高要求和刀具的三要素（刀具材料楔侣、涂層和刀具幾何形狀）以及機(jī)床等相關(guān)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展仍將是推動(dòng)高效加工技術(shù)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/p>

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