高速擺線銑
2021-10-21 來源：伊斯卡技術經理 作者：Andrei Petrilin
剝銑
幾十年前，機床轉速與切削速度的顯著提高成功實現了多種高效高速加工（HSM）方式。剝銑，就是其中之一。剝銑的主要法則是采用大的軸向切深（通常不超過刀具直徑的5xD倍徑）與小的徑向切深（最大為0.2xD倍徑）相結合。這種組合具有顯著優點。
減小徑向切寬不僅可以減少切削刃上的熱載荷，而且可以提高切削速度。與傳統銑削方法相比，剝銑的切削速度更快。較低的徑向切寬顯著降低了徑向切削力，避免了銑刀的彎曲和振動；確保了更好的切削加工穩定性，有助于提高切削深度。
徑向切屑減薄可以實現更高的進給量，以保持所需的精確切屑厚度。因此，在高切削速度和進給率下進行小徑向切寬和大軸向切深的銑削是提高加工效率的一種很好方式。此外，這種加工方法使得整個切削刃的磨損逐漸遞增，呈均勻分布態勢，從而增加了刀具壽命。
剝銑法非常適合應用于深肩銑和寬槽加工。該技術已成功應用于清根銑削——采用小直徑刀具來銑削各種難以觸達的區域的方法，如型腔拐角。
擺線銑
計算機數字化控制(CNC)和計算機輔助制造(CAM)系統的發展推動了進一步的改進：用可實現復雜刀具路徑的擺線銑削取代了直線進給運動，這非常適用于剝銑。從數學角度來說，一個圓沿一直線無滑動地滾動，則圓上一固定點所經過的軌跡稱為擺線。在擺線銑削中，刀具沿曲線路徑移動，逐層逐片地執行輕薄切削。通常，曲線路徑為一段圓弧（類似于半圓），刀具沿弧弦路徑返回到初始點，然后以小的吃刀繼續重復加工路徑。在本例中，刀具路徑看起來像字母“D”。沿著曲線軌跡銑削有利于切削刃載荷恒定，并且避免了切入材料瞬間刀具載荷急劇上升。
除了目前被視為是“經典”的D型路徑外，如今大多數配置高端控制系統的先進機床都能實現比這個復雜得多的路徑。擺線刀具軌跡不止可最小化非切削時間，還能優化機床單元運動。
擺線銑削是一種非常有效的加工深槽、凹槽和型腔的方法，也是針對淬硬鋼材料和難加工材料的一種非常有前途的方法，特別是鈦和高溫超級合金(HTSA)。此外，擺線銑削對于不穩定條件下提高切削性能非常有效，如剛性差的工件、加工薄壁區域、工件夾持剛性差等。更重要的是，均勻和大幅度減少的刀具載荷使擺線銑削還能有效適用于微型銑削加工。
擺線銑削的主要挑戰是機床控制和智能路徑編程。然而，在解決這些挑戰時，另一個重要因素——切削刀具——往往受到忽視。如果沒有合適的刀具，那么即便做過所有的刀路軌跡設計和保持切削刃載荷分布均勻的工作，其加工結果終將低于預期效果。這就向刀具制造商提出了新的挑戰，如何提供最優化的刀具以滿足擺線銑削要求。
高性能擺線銑刀的特征
首先，擺線銑刀必須適合高速加工。這涉及到適當的精度參數、動平衡、超高轉速下操作的安全性等。大切削深度的銑削加大了刀具的懸伸量，而刀具的動態性能是確保加工穩定可靠性的關鍵。當采用小徑向切寬銑削時，在任何給定的時間中僅有一個刀齒參與加工作業。優化沿齒的接觸區域是實現穩定銑削的重要因素，而傾角最佳的刀具則是找到最優解決方案的關鍵。擺線銑削時產生的薄切屑可有效排出，無需在刀具上設計容積大的排屑槽。
上述簡單測試表明多齒整體硬質合金立銑刀(SCEM)或裝配有可換式硬質合金刀頭的銑刀是滿足需求的最佳方式。事實上，多齒整體硬質合金立銑刀(SCEM)確實代表了當今大多數擺線銑刀。
可以理解的是，這些立銑刀在設計方面各有千秋，能從伊斯卡最新款創新系列產品中輕松辨識出。這些產品有以下幾大特點：
1.不等螺旋角及不等齒距的獨特設計使立銑刀具有出色的防振降噪特性，提高了刀具大懸伸的情況下高速加工的穩定性。
2.特定形狀設計的排屑槽，不單具有足夠的排屑空間以使得排屑流暢，而且提高了銑刀芯部實體部分直徑，從而提高了銑刀的動態加工強度。
3.這些銑刀在加工絕大多數工程材料時都能保持高精度，并最大化金屬去除率。
伊斯卡擺線銑刀
伊斯卡用于擺線銑削的整體硬質合金立銑刀(SCEM)的直徑范圍是2-25mm。
CHATTERFREE EC-E7/H7-CF整體硬質合金立銑刀帶有7個螺旋切削刃及多種刀尖圓角半徑。伊斯卡提供2xD、3xD、4xD和6XD倍徑的立銑刀。立銑刀均采用PVD涂層的IC902牌號制成。（圖1）
圖1：CHATTERFREE多刃整體硬質合金立銑刀具有成系列的不同的切削長徑比。
7刃立銑刀ECP-H7-CF的主要特點是切削刃刃口設計有分屑槽。引入這一幾何設計可提高大懸伸加工的性能，并獨具特色地顯著改善深槽切削加工及型腔加工中的排屑。更重要的是該幾何形狀可確保為絕大多數加工需求提供令其滿意的加工表面質量。（圖2）
圖2：帶分屑槽切削刃刃口的設計能顯著改善排屑，并收獲出色的表面光潔度。
Ti-TURBO 7刃及9刃整體硬質合金立銑刀ECK-H7/9-CFR，是專為高速加工鈦合金而設計的，切削長度約為2xD倍徑。憑借非凡的防振降噪特性和優化的刃口幾何形狀，這些整體硬質合金立銑刀在各種飛機部件的擺線銑削加工中表現優秀，包括加工鈦合金葉片轉子（葉盤）的曲線槽。
如果需要對鈦合金零件的淺槽或轉角進行擺線銑削，那么最近推出的可換頭式6刃變形金剛立銑刀（MULTI-MASTER）則是更為合適的解決方案。伊斯卡在該領域具備足夠的能力和豐富的經驗，其設計的可換式刀頭可高效加工難加工材料鈦合金，如Ti-10V-2Fe-3Al和Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr等。（圖3）
圖3：伊斯卡用于擺線銑削的可換頭式變形金剛立銑刀（MULTI-MASTER）可加工難加工材料鈦合金。
合適的刀柄也是影響擺線銑削成功與否的重要因素。加工實踐表明，當銑刀安裝在液壓刀柄或熱縮夾頭時，采用擺線銑可以達成最佳效果。（圖4）
圖4：安裝在熱縮夾頭中的多刃整體硬質合金立銑刀對一個整體葉盤進行擺線粗銑。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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