【編者按】制造商從未停止過探求提高其加工速度脖煮、質(zhì)量和成本效益的方法。為了滿足該需 求，機床举反、CAM 軟件和刀具供應商在不斷地開發(fā)新產(chǎn)品和應用策略。這些產(chǎn)品和策略的結(jié)合可在特定加工場合中提供最高的生產(chǎn)率扒吁。例如火鼻，目前在粗銑加工領(lǐng)域的最新進展清楚地表明了綜合應用先進金屬加工技術(shù)的優(yōu)勢。

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 加工要素
 
機床是銑削加工的基礎邀耽。為了有效地進行粗銑加工穗蚌，機床必須具有足以抵抗切削力的剛度，以及為了最大限度提高金屬切除率并縮短兩次走刀之間所需時間而需要的軸向加速和減速運動的能力平葡。此外崭守，動力強勁的主軸還有助于確保高切削速度和高應用參數(shù)。最后宗而，機床的 CNC 系統(tǒng)必須具有足夠的計算能力來進行
 
預測浙辫，并滿足對加工動力以及直線和旋轉(zhuǎn)軸移動的快速變化的需求。
 
CAM 軟件決定了這些需求將會是什么攻躏。在生成銑削刀具路徑時郊檐，軟件開發(fā)人員必須考慮從簡單到復雜的各種銑削工藝。側(cè)銑是一種基本的銑削工藝跃唧，在側(cè)銑中茴怀，立銑刀的刀具側(cè)面以特定的軸向 (ap) 和徑向 (ae) 切削深度接觸工件。在簡單的側(cè)銑加工中令怎，每次走刀時刀具的徑向吃刀量或接觸弧的變化最少找筝。因此，操作員可以調(diào)整接觸弧慷吊，以充分利用高效的立銑刀設計特點袖裕，包括多個刀刃和較厚的增強芯部耘婚。增加刀刃數(shù)量能夠提高進給率，而堅固的刀具芯部能夠承受重型加工負載陆赋。
 
但是沐祷，槽銑的情況卻有所不同。在銑槽應用中攒岛，立銑刀的整個直徑都在切削中嚙合赖临，以形成 180 度接觸弧。刀具上的負載要遠大于側(cè)銑中產(chǎn)生的負載灾锯，并且切屑更難清除兢榨，這意味著切屑可能會被再次切削，并最終會導致刀具的卡滯和斷裂顺饮。
 
導熱性不良的銑削工件材料（如不銹鋼俱尼、鈦和鎳基合金）會導致這種問題更加嚴重染突，使刀具熱量集中并加速了刀具的失效育另。因此卢女，可能無法完全實現(xiàn)刀具的軸向切深性能。在逐漸增加的軸向深度下完成一個零件將需要多個步驟铆贞，延長了加工時間赐赁。槽銑通常還需要使用更小的切削速度和進給率，進一步降低了生產(chǎn)率伶摩。
 
先進的 CAM 軟件允許操作人員采用復雜的切削策略（如擺線銑削）雕踊，有助于進行槽加工。在擺線銑削刀具路徑中昂幕，該軟件可引導直徑小于加工槽直徑的刀具沿 X 軸和 Y 軸進行重復的圓周運動挺候。刀具的徑向吃刀量小于其直徑的一半，圓周刀具路徑可以有效地將槽銑更改為側(cè)銑庶化。刀具的接觸弧大大減小即钞，從而能夠使用多刃立銑刀和更長的軸向切削長度來提高金屬切除率并縮短加工周期。
 
介于簡單側(cè)銑和滿刃槽銑之間的是涉及不同凹凸輪廓加工的銑削加工腺帽。隨著最終用戶對零件的要求變得更加復雜怎晰，這些情況日益常見髓绽，也增加了對不規(guī)則輪廓工件高效加工的需求敛苇。
 
關(guān)鍵問題在于控制刀具與工件的接觸弧。在銑削凹形輪廓時顺呕，刀具的接觸弧增大枫攀，增加了刀具和機床上的負載。在銑削凸形輪廓時情況相反株茶；接觸弧減小来涨，切削效率受到影響图焰。
 
軟件供應商開發(fā)并改善了實時控制刀具吃刀量的刀具路徑算法，能夠高效蹦掐、可靠地對簡單和復雜輪廓進行粗加工技羔。這些刀具路徑通常將大軸向切削深度 (ap) 與小徑向切削深度 (ae)、每齒高進給量 (fz) 和高切削速度 (vc) 相結(jié)合卧抗，顯著縮短了切削時間并提高了金屬切除率藤滥。除了提供更高的生產(chǎn)率，這些先進的粗加工策略采用平穩(wěn)切削路徑社裆，無需快速更改方向或切削參數(shù)拙绊，因而減少了刀具上的負載，大大延長了刀具壽命谈毫。
 
計算粗銑刀具路徑的最新軟件策略采用兩種基本方法哟俩。一種方法在銑削凹形或凸形零件時以恒定的進給率和接觸弧應用刀具，并在走刀之間改變步距寬度鹤鲤，以實現(xiàn)最大金屬切除率褐琼。第二種方法是保持恒定的步距寬度，但改變進給率和刀具的接觸弧枷辫，目的是保持一致的切屑厚度漆究。在第二種方法中，刀具的接觸弧可以達到 80 度或甚至 140 度拔翠，具體取決于所使用的軟件品牌钉榔。
 
用于先進粗加工工藝的刀具
 
兩種粗加工方法的區(qū)別決定了不同刀具設計的應用。在很多情況下翅窥，第一種方法允許使用多刃和雙芯型/增強芯型（如適用）刀具圣钝。此外，用戶可以采用較高的軸向與徑向軸向切削深度比没惶。
 
第二種方法能以更高的速率移除金屬肖喂，但刀具必須能夠排除更多的切屑。設計采用第二種方法的刀具通常具有更少的刀刃庆杜，并且具有能夠促進切屑流的敞開式芯部設計射众，或采用輪廓分明的刀刃型腔形狀（高性能刀具）。
 

 Jabro HPM JHP951 輪廓分明的刀刃形狀
 
通常晃财，為大切削深度和寬度及重負載設計的刀具在任何一種方法中都非常有效叨橱。但在第二種方法中，多刃刀具和采用增強芯部設計的刀具在大軸向深度下遇到大接觸弧時断盛，將面臨切屑控制問題罗洗。可用的軸向切削深度與徑向切削深度之比更受限制。
 

       Jabro-Solid2 JS554-3C 雙芯型應用
 
在某些應用中伙菜，添加特定的刀具槽型特征將提高刀具性能轩缤。例如，山高將分屑槽加入其 Jabro JS554-3C 立銑刀的切削刃中贩绕。這些分屑槽是刀刃上的一系列小槽火的，其間距是刀具直徑的一倍。
 
無論軸向切削深度如何淑倾，分屑槽都可在切屑變得足夠長并影響切屑的平穩(wěn)排出之前進行斷屑卫玖。因此，立銑刀能夠以最大為刀具直徑 3.5 - 4 倍的軸向切削深度進行加工宴忱。通過采用先進的粗加工 CAM 軟件程序辐胆，這些刀具的加工周期可比傳統(tǒng)方法縮短 60 - 70%。此加工周期的節(jié)省得益于更高的金屬切除率以及更高效的刀具路徑循環(huán)巾妇。
 
對于設計用于第二種先進粗加工方法的刀具（采用不同的接觸弧和進給率）卸研，需要不同的槽型細節(jié)才能獲得最高性能。這些刀具必須留出充足的切屑形成和排屑空間哥甲。例如山高的 Jabro JS554-2C 立銑刀多盅，該刀具采用了從前向后呈錐形的芯部，這種設計能夠在刀刃型腔內(nèi)為切屑流提供更多的空間裹耗。芯部呈錐形在某種程度上確實可以降低刀具強度勤右，但結(jié)果是刀具不適用于全直徑槽銑。而另一方面痘宋，立銑刀采用修改的刀尖虫甲，提升了進行螺旋插補銑時的性能。舉例來說塌瑞，這種刀具選擇可以在最大為刀具直徑的 2.5 倍時進行粗銑辩块。
 

Jabro-Solid2 JS554-2C 錐形芯 CAM 通用版
 
先進的粗加工軟件，與設計用于最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢的刀具配合使用時荆永，可提高每次銑削走刀的切削量废亭，并帶來更快的加工周期。涉及摩托車發(fā)動機鋁殼加工的模具應用就是一個恰當?shù)睦泳咴俊Ｖ圃焐塘η罂s短在只使用高進給粗加工工藝情況下長達 15 小時的加工周期豆村。
 
為了改善該加工過程，采用了山高 Jabro JS554-3C 刀具以及通過改變步距寬度來保持接觸弧穩(wěn)定的先進粗加工軟件骂删。該方法能夠在 2.5 小時多一點的時間內(nèi)完成大部分粗加工作業(yè)掌动。移除了足夠的材料，因此后續(xù)的高進給粗加工僅需要 4 小時即可完成桃漾』捣耍總體而言，粗加工時間減少了 55%撬统。
 

Jabro-Solid2 JS554 雙芯型設計
 
結(jié)論
 
與在任何加工應用中一樣适滓，采用特定刀具和策略時應考慮到制造場合的各個方面。例如恋追，當?shù)毒咔邢鏖L度超過刀具直徑的四倍時番恭，或采用長懸伸量刀具或用于不穩(wěn)定機床或工件時，高進給銑削可能是本文中所述的先進粗加工方法的更好替代方法恕孙。通過將小切深與高進給相結(jié)合坠诈，高進給銑削方法將切削力軸向引導至機床主軸，以幫助提高加工過程的穩(wěn)定性帘缤。
 
不同的應用策略適合其他制造場合扯氯。在某些情況下，專注于以高主軸速度和進給率輕快走刀的高速加工憋屑，或采用傳統(tǒng)進給量和速度以及極高軸向和徑向軸向切削深度的高性能加工將成為最佳選擇（請參見附注烟内，以了解各種刀具設計的詳細信息）。在所有示例中汽后，結(jié)合使用先進的銑削策略和軟件以及專為在這些參數(shù)下實現(xiàn)最大性能而設計的刀具面旋，將會在金屬切除率、刀具壽命和成本效益方面取得最佳成果两胃。
 
附注
 
加工策略推動刀具設計
 
將刀具設計與特定加工策略和生產(chǎn)情況進行匹配吟沮，提供了最大生產(chǎn)率。如正文所述专肪，山高開發(fā)了雙芯型和錐形芯型的先進粗加工刀具刹勃，每種刀具在采用不同的先進粗加工 CAM 策略時都能提供最佳性能。作為山高 Jabro 整體硬質(zhì)合金立銑刀產(chǎn)品系列的一部分嚎尤，這些刀具旨在實現(xiàn)中到高進給率和高切削速度深夯。建議徑向切削深度小于或等于刀具直徑的 0.15 倍，軸向切削深度可以為刀具直徑的 2 到 4 倍诺苹，具體取決于所使用的 CAM 軟件咕晋。切削力和功耗為中等水平。這些刀具的刀刃具有能夠最大限度地減少振動的不等齒距以及有助于自由排屑的分屑槽（如正文所述）收奔。立銑刀的前端齒設計用于控制螺旋插補銑掌呜，而側(cè)固式或高精度彈簧夾頭的使用可產(chǎn)生最佳效果。這些刀具適用于廣泛的常規(guī)工件材料坪哄。
 
另一方面质蕉，Jabro Diamond 和 Tornado 立銑刀設計用于以高切削速度和進給率加工淬硬鋼和石墨，這些刀具可產(chǎn)生相對較小的切削力并降低功耗翩肌。對于這些刀具模暗，軸向切削深度通常等于刀具直徑，而徑向切削深度要小于刀具直徑。高速刀具具有小螺旋角沽票、短切削長度和大芯徑撤筐，能夠提升高速下的穩(wěn)定性。它們可采用 PVD 涂層憋考，在用于石墨加工應用時還可采用金剛石涂層午伍。推薦使用熱脹式或高精度彈簧夾頭，以確保高速下的刀具安全性和加工精度绪樊。
 
較低的常規(guī)切削速度和進給量傲轮，結(jié)合高徑向和軸向切削深度，使山高的高性能系列刀具能夠產(chǎn)生高金屬切除率藐篡。高性能方法采用中等進給率和切削速度百膳，以形成高效的高切削力并能有效利用機床功率。軸向切削深度最高可達刀具直徑的 1.5 倍辑剿，而徑向切削深度等于或小于刀具直徑侥镀。這些刀具可采用高進給參數(shù)，且其不等齒距可以最大限度地減少振動履绎。切削刃研磨和拋光的 PVD 涂層提升了加工軟鋼皇可、中硬鋼和硬鋼、不銹鋼缠俺、高溫合金和鈦時的性能显晶。推薦使用側(cè)固式或 Safelock 刀柄。
 
山高的高進給刀具還可產(chǎn)生高于平均水平的材料移除量壹士，但它們是以中等切削速度和進給率進行加工磷雇。切削刃槽型能使刀具產(chǎn)生低切削力并降低功耗。高進給刀具可將切削力軸向引導至機床主軸躏救，并且在長刀具懸伸量唯笙、工件及刀具夾持不穩(wěn)定條件下進行銑削時非常有效。斷屑槽型允許采用優(yōu)化的進給率盒使。徑向切削深度通常是刀具直徑的一半崩掘，而軸向切削深度要小于刀具半徑。為獲得最佳刀具安全性少办，熱脹式或高精度彈簧夾頭是推薦的刀柄選擇苞慢。
 
當然，并非所有加工廠或應用類型都需要使用專為特定應用或采用 CAM 應用而設計的刀具英妓。對于小型加工廠或較大生產(chǎn)場合中的偶然應用挽放，設計用于一般加工應用的立銑刀可提供最符合要求的、經(jīng)濟高效的成果呈篱。用于一般應用的山高 Jabro 整體刀具包括可確保穩(wěn)定性的雙芯型設計质脐、能實現(xiàn)輕快切削加工的大螺旋角伐狼、用于最大限度地減少振動的不等齒距，以及通過輪廓分明的研磨提高強度的切削刃嗜谎。這些刀具能以中等切削速度和進給量進行加工岁十，并可產(chǎn)生平均水平的切削力和功耗。徑向和軸向切削深度通常等于或小于刀具直徑冲驶。
 
作者：Teun van Asten MSc.陨梅，山高刀具集團整體銑削營銷服務部工程師
 
山高總部設在瑞典法格斯塔市译教，在超過 75 個國家/地區(qū)設有辦事處杖扫，是為銑削、車削拖揩、孔加工和螺紋加工領(lǐng)域提供全面金屬切削解決方案的全球最大供應商之一煎喘。另外，80 多年來丽示，公司一直與各行各業(yè)的制造商密切合作卫漫，提供他們所需的刀具、工藝和服務肾砂，幫助他們獲得最高的生產(chǎn)率和最大的利潤率列赎。如需了解詳細信息，請聯(lián)系當?shù)氐纳礁叽砘蛟L問 www.secotools.com镐确。

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