伊斯卡，工于銑削
2016-10-12 來源：伊斯卡 作者：-
前言
銑削起始于十九世紀(jì)后半葉，采用帶有切削刃（切削齒）的類似于現(xiàn)在稱之為銑刀體或銑刀的旋轉(zhuǎn)刀具從工件上去除零部件余量，毋庸置疑地成為加工制造的重要組成部分。
在過去的一個半世紀(jì)，作為非常重要的加工方式，銑削加工因循序演變以及技術(shù)革新的雙重推動取得了長足的發(fā)展。技術(shù)的漸次進(jìn)步確保了銑加工機(jī)床的持續(xù)演化，而類似于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)（CNC）這些全新的技術(shù)為銑加工機(jī)床加工性能帶來跨越式的技術(shù)革新。
現(xiàn)代五軸加工中心使得對復(fù)雜形狀零部件進(jìn)行非常高效的銑削加工成為可能。現(xiàn)今，銑削加工是零件以平面銑以及輪廓銑削的方式去除余量的主要加工方式，并使得零件具有一定尺寸公差范圍內(nèi)的精度以及所需的被加工表面質(zhì)量。
刀具的發(fā)展僅能部分反映出銑削領(lǐng)域卓越的技術(shù)進(jìn)步。當(dāng)今的銑加工機(jī)床所能實(shí)現(xiàn)的進(jìn)給及切削速度離不開現(xiàn)代銑刀所具足的先進(jìn)性能。
盡管刀具尺寸形狀讓人一目了然，其發(fā)展變化易于被觀察到并容易因此受到肯定，然而刀具領(lǐng)域相關(guān)的亞微米級、納米級、分子級的先進(jìn)性所帶來的進(jìn)步與提升看上去卻并不那么明顯。
近些年來，當(dāng)聚晶金剛石（PCD），立方氮化硼（CBN）及晶須陶瓷作為切削刃部分材料應(yīng)用于銑刀時被看做具有革命性；如今看來這些刀具材料及應(yīng)用方式卻并不那么通用。不管怎樣，硬質(zhì)合金，尤其是涂覆有耐磨性保護(hù)材料涂層的硬質(zhì)合金，依舊是裝夾于可換刀片式銑刀體的可轉(zhuǎn)位刀片的最主流的材料，更不用說整體硬質(zhì)合金立銑刀了。
最近，粉末冶金領(lǐng)域發(fā)生的非凡進(jìn)步正是減小了硬質(zhì)合金晶粒的尺寸。當(dāng)前，主流的整體硬質(zhì)合金立銑刀及可轉(zhuǎn)位刀片由具有0.3-0.8 μm粒度的亞細(xì)晶粒基體制成。小晶粒基體使得制造兼具非常尖銳及高韌性的切削刃成為可能。更進(jìn)一步，更小的晶粒尺寸與引入的先進(jìn)壓制技術(shù)相結(jié)合，使得生產(chǎn)制造出具有不同刀尖高度的復(fù)雜形狀的與眾不同的刀片成為可能。技術(shù)創(chuàng)新的幾何形狀優(yōu)化了切削刃形狀，不僅保障了輕快且穩(wěn)定的銑削加工，還提高了加工零件表面的精度。
納米技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)踐成果最終收獲耐磨等級更高的物理氣相涂層（PVD）。這類原子級別的涂層，由最大厚度不超過50nm（納米）的涂層一層層疊加而成，與傳統(tǒng)涂層方式相比，顯著提高了涂層的強(qiáng)度。此外，應(yīng)用于可轉(zhuǎn)位刀片的最新的涂層后處理技術(shù)去除了表面一層的涂層進(jìn)而增加了刀片的耐用性。例如，伊斯卡應(yīng)用于銑刀片的牌號IC808及IC830正是基于上述原理。這類合金牌號在進(jìn)行了TiAlN PVD納米涂層后進(jìn)一步采用了伊斯卡原創(chuàng)的束魔涂層后處理技術(shù) （SUMO TEC）。
三種高效粗銑加工方式
由于銑削加工往往有大量去除工件材料的需求，而粗銑過程往往會耗費(fèi)大量的時間，因此縮短加工周期使得用戶能收獲更高的收益。這里有幾種高效粗銑加工的方式有助于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，卻對銑刀有著特別的要求。
當(dāng)采用每齒大進(jìn)給（HFM）或快速進(jìn)給（FF）進(jìn)行銑削時，切削深度小，進(jìn)給卻很大。比如，在對鋼件進(jìn)行大進(jìn)給加工時，從以毫米為單位的尺度來看，每齒進(jìn)給往往大于切削深度。一款大進(jìn)給銑刀切削刃經(jīng)特別設(shè)計(jì)以使得切削力沿刀具旋轉(zhuǎn)軸線作用于銑刀，也就是指向銑加工機(jī)床剛性最大的主軸方向，同時作用于銑刀的撓曲載荷小。大進(jìn)給加工的主要優(yōu)點(diǎn)是在相對低的機(jī)床功率消耗下實(shí)現(xiàn)非常高的金屬去除率。
能實(shí)現(xiàn)大進(jìn)給銑削加工的銑刀有多種設(shè)計(jì)形式，也包括夾持可轉(zhuǎn)位銑刀片的銑刀及整體硬質(zhì)合金立銑刀。最明顯的特點(diǎn)是切削刃的形狀；通常情況下切削刃看上去為在圓弧上截取的一部分，最終使得銑刀切削刃角度主偏角角度范圍大致介于10-17°。
伊斯卡雙面飛碟銑刀（HELIDO UPFEED Н600）系列雙面刀片的前刀面設(shè)計(jì)結(jié)合了凸面設(shè)計(jì)及凹面設(shè)計(jì)。復(fù)雜形狀顯著提高了對切屑的控制并有利于切屑從切削區(qū)域排出。銑刀片后刀面交替傾斜，方向相反，其結(jié)果是具有非常經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，每片雙面可轉(zhuǎn)位銑刀片帶6個切削刃，每一面帶3個切削刃。
最初推出大進(jìn)給銑刀旨在用于復(fù)雜表面的粗銑加工，比如模具工業(yè)零件；現(xiàn)在大進(jìn)給銑刀已被視為高效粗加工的方式而廣泛應(yīng)用于平面銑削，特別適用于大型零部件。然而，不是每一款機(jī)床都能滿足大進(jìn)給銑刀對高速進(jìn)給驅(qū)動的需求。
對于低速高功率的機(jī)床而言，可采用帶30°主偏角的中速進(jìn)給銑刀（MF）。中速進(jìn)給銑刀每齒進(jìn)給小于大進(jìn)給銑刀，但也高于常規(guī)進(jìn)給，故而能被稱為“中速進(jìn)給”。與此相反，相比于典型的大進(jìn)給銑刀，中速進(jìn)給銑刀的切削深度更大。于是，同樣收獲高生產(chǎn)率的粗銑加工，只是消耗機(jī)床功率更高。
在諸如深腔、寬邊、深方肩銑等切削深度很大，有必要考慮高效去除大量的被加工材料時，夾持可轉(zhuǎn)位刀片的玉米銑刀或長切削刃銑刀是首選。切削過程由一整套可更換的刀片完成，立裝夾持諸如蝴蝶銑刀片T490的玉米銑刀使得刀具性能最大化，立裝夾持設(shè)計(jì)原理最大限度地確保了銑刀體的高強(qiáng)度及高剛性。
意欲降低玉米銑刀所消耗的機(jī)床功率并提高其動態(tài)加工性能的渴望促進(jìn)了對帶有分屑槽刀片的采用。這些前沿銑刀片的切削刃特別設(shè)計(jì)有分屑槽。在這個領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展是推出可對切屑進(jìn)行二次加工的刀片，即逐一地將切屑撕裂至更細(xì)小的切屑。粉末冶金的進(jìn)一步發(fā)展使得能生產(chǎn)高韌性，帶有高強(qiáng)度分屑槽切削刃的燒結(jié)后即定型的分屑槽銑刀片，譬如伊斯卡可轉(zhuǎn)位風(fēng)火輪銑刀片MILLSHRED，該銑刀片能承受整個粗銑加工過程中的重載荷。
粗銑實(shí)現(xiàn)鏡面
前沿的新型刀具材料及先進(jìn)的加工方式（比如，高速銑削HSM）為工藝流程的制定及生產(chǎn)計(jì)劃安排帶來了顯著的進(jìn)步。在許多案例中，現(xiàn)在已經(jīng)有可能做到，不僅顯著降低淬硬件磨削加工前的工件表面余量，甚至能以銑代磨。這一方式大幅減少了加工過程的工序步驟，有時候也意味著單一的一次裝夾也能如愿以償?shù)赝ㄟ^各種加工技術(shù)完成加工。
銑削的進(jìn)步還來自于其他領(lǐng)域，無論是刀具還是工件材料硬度的上限一直在提升。當(dāng)今，整體硬質(zhì)合金立銑刀能成功應(yīng)用于硬度高達(dá)HRC63及以上的淬硬鋼的加工。無獨(dú)有偶，夾持可轉(zhuǎn)位刀片的銑刀也在持續(xù)升級改進(jìn)以覆蓋大多數(shù)粗銑加工。
為進(jìn)一步降低精銑加工的成本，刀具設(shè)計(jì)工程師們對早在粗銑加工階段即能收獲更高等級的表面粗糙度進(jìn)行了持續(xù)研發(fā)工作。這一目標(biāo)驅(qū)動促使伊斯卡研發(fā)工程師創(chuàng)生出燕尾IQ845銑刀（DOVEIQMILL），一款主偏角為50°的可轉(zhuǎn)位面銑刀。這款頗具開創(chuàng)性設(shè)計(jì)的面銑刀夾持合算的雙面可轉(zhuǎn)位刀片，裝夾于銑刀體的切削刃形成正的刃傾角，使得切削輕快而穩(wěn)定。另外，銑刀片的前沿幾何形體及其高剛性地裝夾于刀體定位槽，共同使得當(dāng)以相對于精銑切削參數(shù)的粗銑加工切削參數(shù)進(jìn)行銑削能收獲鏡面的零件表面。
對多功能的強(qiáng)調(diào)！
在上個世紀(jì)九十年代，伊斯卡曾推出裝夾可轉(zhuǎn)位刀片的變色龍銑刀（CHAMMILL）。其前綴“CHAM”引自于“變色龍CHAMELEON”這個單詞，該詞形象地凸顯了此刀具的主要特點(diǎn)。銑刀體定位槽能裝夾不同形狀的單面銑刀片，兩種方刀片（主偏角分別為90°及45°）及圓刀片及八邊形刀片。這一原理奠定了刀具應(yīng)用的多樣性，而相似的設(shè)計(jì)現(xiàn)在已出現(xiàn)在不同刀具供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)刀具里。
從多數(shù)小型及中型用戶的角度來看，可轉(zhuǎn)位銑刀體的多功能性提高了刀體的利用率，減少了刀具的庫存。多功能性還被引入伊斯卡其他產(chǎn)品，尤其是HELIDO 800系列的SOF45銑刀，刀體適用于裝夾以下兩種雙面刀片，帶8個切削刃的方刀片以及帶16個切削刃的八邊形刀片。此45°主偏角的面銑刀具有令人印象深刻的性能；除此以外還能裝夾單面圓刀片及單面八邊形刀片。
縮短停機(jī)時間
伊斯卡于2001年推出的變形金剛立銑刀是一種模塊式銑刀系統(tǒng)，一系列的刀體裝夾各式硬質(zhì)合金刀頭，使得銑刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及組合的可能性難以計(jì)數(shù)。該系列本具的靈活性不僅意味著刀具庫存更低，還意味著對昂貴的非標(biāo)特制銑刀，中心鉆頭及沉頭孔鉆頭需求的減少。該系列的另一合算的特點(diǎn)是，與昂貴的尺寸接近的整體硬質(zhì)合金立銑刀相比，當(dāng)變形金剛立銑刀磨損后僅需更換小小的刀頭。
變形金剛立銑刀的刀頭與刀桿接觸面為緊公差設(shè)計(jì)。故而，操作者能在刀桿依舊裝夾于機(jī)床主軸的情況下直接更換磨損的刀頭，并無需為測量及安裝刀桿而浪費(fèi)時間。
由于現(xiàn)代先進(jìn)機(jī)床的成本非常高，縮短停機(jī)時間非常重要，可以確保加工過程更流暢。因此，縮短磨損刀具的裝夾時間對降低生產(chǎn)費(fèi)用是相當(dāng)重要的因素之一。高度精確的模塊保障了模塊化系統(tǒng)的高精度及更換刀頭后具有高重復(fù)定位精度；縮短了加工制造周期，最終轉(zhuǎn)化為提高了機(jī)床的利用率，從而降低了成本。
來自銑刀領(lǐng)域的重大進(jìn)步與來自機(jī)床領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展同樣重要。銑刀是機(jī)床主軸與工件之間至關(guān)重要的加工媒介，盡管銑刀看上去是銑削加工過程中潛在的最微不足道的一環(huán)，并因此可能對提高生產(chǎn)率帶來阻礙。事實(shí)上卻與此相反，只要選擇正確的銑刀就具有顯著縮短加工周期的作用，免除了額外的加工過程，提高了被加工表面質(zhì)量，改進(jìn)了加工精度級別，最終帶來的但并非最不重要的是—提高了制造商們的收益。
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