上海, 2016 年 03 月 - 制造商從未停止過探求提高其加工速度、質量和成本效益的方法。為了滿足該需求，機床、CAM 軟件和刀具供應商在不斷地開發新產品和應用策略。這些產品和策略的結合可在特定加工場合中提供最高的生產率。例如，目前在粗銑加工領域的最新進展清楚地表明了綜合應用先進金屬加工技術的優勢。

       加工要素

       機床是銑削加工的基礎。為了有效地進行粗銑加工，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。此外，動力強勁的主軸還有助于確保高切削速度和高應用參數。最后，機床的 CNC 系統必須具有足夠的計算能力來進行預測，并滿足對加工動力以及直線和旋轉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。在生成銑削刀具路徑時，軟件開發人員必須考慮從簡單到復雜的各種銑削工藝。側銑是一種基本的銑削工藝，在側銑中，立銑刀的刀具側面以特定的軸向 (ap) 和徑向 (ae) 切削深度接觸工件。在簡單的側銑加工中，每次走刀時刀具的徑向吃刀量或接觸弧的變化最少。因此，操作員可以調整接觸弧，以充分利用高效的立銑刀設計特點，包括多個刀刃和較厚的增強芯部。增加刀刃數量能夠提高進給率，而堅固的刀具芯部能夠承受重型加工負載。

       但是，槽銑的情況卻有所不同。在銑槽應用中，立銑刀的整個直徑都在切削中嚙合，以形成 180 度接觸弧。刀具上的負載要遠大于側銑中產生的負載，并且切屑更難清除，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。
 
 
       導熱性不良的銑削工件材料（如不銹鋼、鈦和鎳基合金）會導致這種問題更加嚴重，使刀具熱量集中并加速了刀具的失效。因此，可能無法完全實現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，延長了加工時間。槽銑通常還需要使用更小的切削速度和進給率，進一步降低了生產率。

       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），有助于進行槽加工。在擺線銑削刀具路徑中，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。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。隨著最終用戶對零件的要求變得更加復雜，這些情況日益常見，也增加了對不規則輪廓工件高效加工的需求。

       關鍵問題在于控制刀具與工件的接觸弧。在銑削凹形輪廓時，刀具的接觸弧增大，增加了刀具和機床上的負載。在銑削凸形輪廓時情況相反；接觸弧減小，切削效率受到影響。

       軟件供應商開發并改善了實時控制刀具吃刀量的刀具路徑算法，能夠高效、可靠地對簡單和復雜輪廓進行粗加工。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)、每齒高進給量 (fz) 和高切削速度 (vc)相結合，顯著縮短了切削時間并提高了金屬切除率。除了提供更高的生產率，這些先進的粗加工策略采用平穩切削路徑，無需快速更改方向或切削參數，因而減少了刀具上的負載，大大延長了刀具壽命。

       計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，以實現最大金屬切除率。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。

       用于先進粗加工工藝的刀具

       兩種粗加工方法的區別決定了不同刀具設計的應用。在很多情況下，第一種方法允許使用多刃和雙芯型/增強芯型（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。設計采用第二種方法的刀具通常具有更少的刀刃，并且具有能夠促進切屑流的敞開式芯部設計，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載設計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芯部設計的刀具在大軸向深度下遇到大接觸弧時，將面臨切屑控制問題。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 雙芯型應用

   
       在某些應用中，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。

       無論軸向切削深度如何，分屑槽都可在切屑變得足夠長并影響切屑的平穩排出之前進行斷屑。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行加工。通過采用先進的粗加工 CAM 軟件程序，這些刀具的加工周期可比傳統方法縮短 60 - 70%。此加工周期的節省得益于更高的金屬切除率以及更高效的刀具路徑循環。

        
  
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        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揮其優勢的刀具配合使用時，可提高每次銑削走刀的切削量，并帶來更快的加工周期。涉及摩托車發動機鋁殼加工的模具應用就是一個恰當的例子。制造商力求縮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。

       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定的先進粗加工軟件。該方法能夠在 2.5 小時多一點的時間內完成大部分粗加工作業。移除了足夠的材料，因此后續的高進給粗加工僅需要 4 小時即可完成。總體而言，粗加工時間減少了 55%。

        結論

       與在任何加工應用中一樣，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，當刀具切削長度超過刀具直徑的四倍時，或采用長懸伸量刀具或用于不穩定機床或工件時，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。通過將小切深與高進給相結合，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定性。

       不同的應用策略適合其他制造場合。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，或采用傳統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，以了解各種刀具設計的詳細信息）。在所有示例中，結合使用先進的銑削策略和軟件以及專為在這些參數下實現最大性能而設計的刀具，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。
   

       附注

   
       加工策略推動刀具設計

       
  
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        Jabro-Solid2 JS554 雙芯型設計

       另一方面，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，這些刀具可產生相對較小的切削力并降低功耗。對于這些刀具，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、短切削長度和大芯徑，能夠提升高速下的穩定性。它們可采用 PVD 涂層，在用于石墨加工應用時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。

       較低的常規切削速度和進給量，結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生高金屬切除率。高性能方法采用中等進給率和切削速度，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，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給參數，且其不等齒距可以最大限度地減少振動。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、高溫合金和鈦時的性能。推薦使用側固式或 Safelock 刀柄。

       山高的高進給刀具還可產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給率進行加工。切削刃槽型能使刀具產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，并且在長刀具懸伸量、工件及刀具夾持不穩定條件下進行銑削時非常有效。斷屑槽型允許采用優化的進給率。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。對于小型加工廠或較大生產場合中的偶然應用，設計用于一般加工應用的立銑刀可提供最符合要求的、經濟高效的成果。用于一般應用的山高 Jabro 整體刀具包括可確保穩定性的雙芯型設計、能實現輕快切削加工的大螺旋角、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。這些刀具能以中等切削速度和進給量進行加工，并可產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。