上海, 2016 年 03 月 - 制造商從未停止過(guò)探求提高其加工速度、質(zhì)量和成本效益的方法。為了滿足該需求，機(jī)床、CAM 軟件和刀具供應(yīng)商在不斷地開發(fā)新產(chǎn)品和應(yīng)用策略。這些產(chǎn)品和策略的結(jié)合可在特定加工場(chǎng)合中提供最高的生產(chǎn)率。例如，目前在粗銑加工領(lǐng)域的最新進(jìn)展清楚地表明了綜合應(yīng)用先進(jìn)金屬加工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

  
       加工要素
  
       機(jī)床是銑削加工的基礎(chǔ)。為了有效地進(jìn)行粗銑加工，機(jī)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(shí)間而需要的軸向加速和減速運(yùn)動(dòng)的能力。此外，動(dòng)力強(qiáng)勁的主軸還有助于確保高切削速度和高應(yīng)用參數(shù)。最后，機(jī)床的 CNC 系統(tǒng)必須具有足夠的計(jì)算能力來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并滿足對(duì)加工動(dòng)力以及直線和旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)的快速變化的需求。
  
       CAM 軟件決定了這些需求將會(huì)是什么。在生成銑削刀具路徑時(shí)，軟件開發(fā)人員必須考慮從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種銑削工藝。側(cè)銑是一種基本的銑削工藝，在側(cè)銑中，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(jiǎn)單的側(cè)銑加工中，每次走刀時(shí)刀具的徑向吃刀量或接觸弧的變化最少。因此，操作員可以調(diào)整接觸弧，以充分利用高效的立銑刀設(shè)計(jì)特點(diǎn)，包括多個(gè)刀刃和較厚的增強(qiáng)芯部。增加刀刃數(shù)量能夠提高進(jìn)給率，而堅(jiān)固的刀具芯部能夠承受重型加工負(fù)載。
  
       但是，槽銑的情況卻有所不同。在銑槽應(yīng)用中，立銑刀的整個(gè)直徑都在切削中嚙合，以形成 180 度接觸弧。刀具上的負(fù)載要遠(yuǎn)大于側(cè)銑中產(chǎn)生的負(fù)載，并且切屑更難清除，這意味著切屑可能會(huì)被再次切削，并最終會(huì)導(dǎo)致刀具的卡滯和斷裂。
  
       導(dǎo)熱性不良的銑削工件材料（如不銹鋼、鈦和鎳基合金）會(huì)導(dǎo)致這種問(wèn)題更加嚴(yán)重，使刀具熱量集中并加速了刀具的失效。因此，可能無(wú)法完全實(shí)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(gè)零件將需要多個(gè)步驟，延長(zhǎng)了加工時(shí)間。槽銑通常還需要使用更小的切削速度和進(jìn)給率，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)率。
    
       先進(jìn)的 CAM 軟件允許操作人員采用復(fù)雜的切削策略（如擺線銑削），有助于進(jìn)行槽加工。在擺線銑削刀具路徑中，該軟件可引導(dǎo)直徑小于加工槽直徑的刀具沿 X 軸和 Y 軸進(jìn)行重復(fù)的圓周運(yùn)動(dòng)。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。刀具的接觸弧大大減小，從而能夠使用多刃立銑刀和更長(zhǎng)的軸向切削長(zhǎng)度來(lái)提高金屬切除率并縮短加工周期。
  
       介于簡(jiǎn)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。隨著最終用戶對(duì)零件的要求變得更加復(fù)雜，這些情況日益常見，也增加了對(duì)不規(guī)則輪廓工件高效加工的需求。
  
       關(guān)鍵問(wèn)題在于控制刀具與工件的接觸弧。在銑削凹形輪廓時(shí)，刀具的接觸弧增大，增加了刀具和機(jī)床上的負(fù)載。在銑削凸形輪廓時(shí)情況相反；接觸弧減小，切削效率受到影響。
  
       軟件供應(yīng)商開發(fā)并改善了實(shí)時(shí)控制刀具吃刀量的刀具路徑算法，能夠高效、可靠地對(duì)簡(jiǎn)單和復(fù)雜輪廓進(jìn)行粗加工。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(jìn)給量 (fz) 和高切削速度 (vc)相結(jié)合，顯著縮短了切削時(shí)間并提高了金屬切除率。除了提供更高的生產(chǎn)率，這些先進(jìn)的粗加工策略采用平穩(wěn)切削路徑，無(wú)需快速更改方向或切削參數(shù)，因而減少了刀具上的負(fù)載，大大延長(zhǎng)了刀具壽命。
  
       計(jì)算粗銑刀具路徑的最新軟件策略采用兩種基本方法。一種方法在銑削凹形或凸形零件時(shí)以恒定的進(jìn)給率和接觸弧應(yīng)用刀具，并在走刀之間改變步距寬度，以實(shí)現(xiàn)最大金屬切除率。第二種方法是保持恒定的步距寬度，但改變進(jìn)給率和刀具的接觸弧，目的是保持一致的切屑厚度。在第二種方法中，刀具的接觸弧可以達(dá)到 80 度或甚至 140 度，具體取決于所使用的軟件品牌。
 

  
       用于先進(jìn)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(shè)計(jì)的應(yīng)用。在很多情況下，第一種方法允許使用多刃和雙芯型/增強(qiáng)芯型（如適用）刀具。此外，用戶可以采用較高的軸向與徑向軸向切削深度比。
  
       第二種方法能以更高的速率移除金屬，但刀具必須能夠排除更多的切屑。設(shè)計(jì)采用第二種方法的刀具通常具有更少的刀刃，并且具有能夠促進(jìn)切屑流的敞開式芯部設(shè)計(jì)，或采用輪廓分明的刀刃型腔形狀（高性能刀具）。

  
     
 
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     Jabro HPM JHP951 輪廓分明的刀刃形狀

  
  
       通常，為大切削深度和寬度及重負(fù)載設(shè)計(jì)的刀具在任何一種方法中都非常有效。但在第二種方法中，多刃刀具和采用增強(qiáng)芯部設(shè)計(jì)的刀具在大軸向深度下遇到大接觸弧時(shí)，將面臨切屑控制問(wèn)題。可用的軸向切削深度與徑向切削深度之比更受限制。
   

   
       
  
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       Jabro-Solid2 JS554-3C 雙芯型應(yīng)用

  
  
       在某些應(yīng)用中，添加特定的刀具槽型特征將提高刀具性能。例如，山高將分屑槽加入其 Jabro JS554-3C立銑刀的切削刃中。這些分屑槽是刀刃上的一系列小槽，其間距是刀具直徑的一倍。
  
       無(wú)論軸向切削深度如何，分屑槽都可在切屑變得足夠長(zhǎng)并影響切屑的平穩(wěn)排出之前進(jìn)行斷屑。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(jìn)行加工。通過(guò)采用先進(jìn)的粗加工 CAM 軟件程序，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)。
  
       對(duì)于設(shè)計(jì)用于第二種先進(jìn)粗加工方法的刀具（采用不同的接觸弧和進(jìn)給率），需要不同的槽型細(xì)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。例如山高的 Jabro JS554-2C 立銑刀，該刀具采用了從前向后呈錐形的芯部，這種設(shè)計(jì)能夠在刀刃型腔內(nèi)為切屑流提供更多的空間。芯部呈錐形在某種程度上確實(shí)可以降低刀具強(qiáng)度，但結(jié)果是刀具不適用于全直徑槽銑。而另一方面，立銑刀采用修改的刀尖，提升了進(jìn)行螺旋插補(bǔ)銑時(shí)的性能。舉例來(lái)說(shuō)，這種刀具選擇可以在最大為刀具直徑的 2.5 倍時(shí)進(jìn)行粗銑。
  
 

      
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       Jabro-Solid2 JS554-2C 錐形芯 CAM 通用版
 

  
       先進(jìn)的粗加工軟件，與設(shè)計(jì)用于最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的刀具配合使用時(shí)，可提高每次銑削走刀的切削量，并帶來(lái)更快的加工周期。涉及摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)鋁殼加工的模具應(yīng)用就是一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦印Ｖ圃焐塘η罂s短在只使用高進(jìn)給粗加工工藝情況下長(zhǎng)達(dá) 15 小時(shí)的加工周期。
  
       為了改善該加工過(guò)程，采用了山高 Jabro JS554-3C 刀具以及通過(guò)改變步距寬度來(lái)保持接觸弧穩(wěn)定的先進(jìn)粗加工軟件。該方法能夠在 2.5 小時(shí)多一點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)完成大部分粗加工作業(yè)。
  
       移除了足夠的材料，因此后續(xù)的高進(jìn)給粗加工僅需要 4 小時(shí)即可完成。總體而言，粗加工時(shí)間減少了 55%。

  
  
       結(jié)論
  
       與在任何加工應(yīng)用中一樣，采用特定刀具和策略時(shí)應(yīng)考慮到制造場(chǎng)合的各個(gè)方面。例如，當(dāng)?shù)毒咔邢鏖L(zhǎng)度超過(guò)刀具直徑的四倍時(shí)，或采用長(zhǎng)懸伸量刀具或用于不穩(wěn)定機(jī)床或工件時(shí)，高進(jìn)給銑削可能是本文中所述的先進(jìn)粗加工方法的更好替代方法。通過(guò)將小切深與高進(jìn)給相結(jié)合，高進(jìn)給銑削方法將切削力軸向引導(dǎo)至機(jī)床主軸，以幫助提高加工過(guò)程的穩(wěn)定性。
  
       不同的應(yīng)用策略適合其他制造場(chǎng)合。在某些情況下，專注于以高主軸速度和進(jìn)給率輕快走刀的高速加工，或采用傳統(tǒng)進(jìn)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(qǐng)參見附注，以了解各種刀具設(shè)計(jì)的詳細(xì)信息）。在所有示例中，結(jié)合使用先進(jìn)的銑削策略和軟件以及專為在這些參數(shù)下實(shí)現(xiàn)最大性能而設(shè)計(jì)的刀具，將會(huì)在金屬切除率、刀具壽命和成本效益方面取得最佳成果。
 

  
       附注
  
       加工策略推動(dòng)刀具設(shè)計(jì)
 
將刀具設(shè)計(jì)與特定加工策略和生產(chǎn)情況進(jìn)行匹配，提供了最大生產(chǎn)率。如正文所述，山高開發(fā)了雙芯型和錐形芯型的先進(jìn)粗加工刀具，每種刀具在采用不同的先進(jìn)粗加工 CAM 策略時(shí)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，這些刀具旨在實(shí)現(xiàn)中到高進(jìn)給率和高切削速度。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，具體取決于所使用的 CAM 軟件。
 
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(dòng)的不等齒距以及有助于自由排屑的分屑槽（如正文所述）。立銑刀的前端齒設(shè)計(jì)用于控制螺旋插補(bǔ)銑，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。

  
  
      
  
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       Jabro-Solid2 JS554 雙芯型設(shè)計(jì)

  
  
       另一方面，Jabro Diamond 和 Tornado 立銑刀設(shè)計(jì)用于以高切削速度和進(jìn)給率加工淬硬鋼和石墨，這些刀具可產(chǎn)生相對(duì)較小的切削力并降低功耗。對(duì)于這些刀具，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、短切削長(zhǎng)度和大芯徑，能夠提升高速下的穩(wěn)定性。它們可采用 PVD 涂層，在用于石墨加工應(yīng)用時(shí)還可采用金剛石涂層。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。
  
       較低的常規(guī)切削速度和進(jìn)給量，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。高性能方法采用中等進(jìn)給率和切削速度，以形成高效的高切削力并能有效利用機(jī)床功率。軸向切削深度最高可達(dá)刀具直徑的 1.5 倍，而徑向切削深度等于或小于刀具直徑。這些刀具可采用高進(jìn)給參數(shù)，且其不等齒距可以最大限度地減少振動(dòng)。切削刃研磨和拋光的 PVD 涂層提升了加工軟鋼、中硬鋼和硬鋼、不銹鋼、高溫合金和鈦時(shí)的性能。推薦使用側(cè)固式或 Safelock 刀柄。
  
       山高的高進(jìn)給刀具還可產(chǎn)生高于平均水平的材料移除量，但它們是以中等切削速度和進(jìn)給率進(jìn)行加工。切削刃槽型能使刀具產(chǎn)生低切削力并降低功耗。高進(jìn)給刀具可將切削力軸向引導(dǎo)至機(jī)床主軸，并且在長(zhǎng)刀具懸伸量、工件及刀具夾持不穩(wěn)定條件下進(jìn)行銑削時(shí)非常有效。斷屑槽型允許采用優(yōu)化的進(jìn)給率。徑向切削深度通常是刀具直徑的一半，而軸向切削深度要小于刀具半徑。為獲得最佳刀具安全性，熱脹式或高精度彈簧夾頭是推薦的刀柄選擇。
  
       當(dāng)然，并非所有加工廠或應(yīng)用類型都需要使用專為特定應(yīng)用或采用 CAM 應(yīng)用而設(shè)計(jì)的刀具。對(duì)于小型加工廠或較大生產(chǎn)場(chǎng)合中的偶然應(yīng)用，設(shè)計(jì)用于一般加工應(yīng)用的立銑刀可提供最符合要求的、經(jīng)濟(jì)高效的成果。用于一般應(yīng)用的山高 Jabro 整體刀具包括可確保穩(wěn)定性的雙芯型設(shè)計(jì)、能實(shí)現(xiàn)輕快切削加工的大螺旋角、用于最大限度地減少振動(dòng)的不等齒距，以及通過(guò)輪廓分明的研磨提高強(qiáng)度的切削刃。這些刀具能以中等切削速度和進(jìn)給量進(jìn)行加工，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。