在過(guò)去十年內(nèi),端銑出現(xiàn)了多種進(jìn)展,包括新的刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、韌性好且耐磨的硬質(zhì)合金材質(zhì)、可減少機(jī)床和刀具振動(dòng)并縮短加工時(shí)間50%以上并延長(zhǎng)刀具壽命的刀具路徑。這種去除金屬的新方法甚至可用于輕載機(jī)床上加工諸如鈦和耐熱合金類難加工材料。只要掌握好加工的基本原則并用CAM系統(tǒng)生成必要的刀具路徑,任何人都可以采用此方法進(jìn)行銑削加工。

　　圖1 直線刀具路徑銑削在工件邊緣處去除材料

　　在采用最大性能銑削(maxi-mum-performance milling,MPM)方法之前,制造車間采用傳統(tǒng)的銑削方法,即采用中低的進(jìn)給和切削速度用于重切加工。通常,切削寬度達(dá)到刀具直徑的80%以上,切削深度達(dá)到刀具直徑的100%以上。

　　盡管采用傳統(tǒng)方法的每次走刀可切除大量材料,但經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致刀具刃口微崩刃,并產(chǎn)生不可預(yù)期的結(jié)果和縮短刀具壽命。另外,此方法會(huì)產(chǎn)生大量切削熱,需要采用特殊的刀具涂層來(lái)應(yīng)對(duì)。對(duì)立銑刀來(lái)說(shuō),需要合理設(shè)計(jì)刀具的徑向前角和芯部直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)重切。如果采用特殊波紋刃口設(shè)計(jì)的粗加工立銑刀或玉米銑刀,則可用來(lái)斷屑并減輕重切時(shí)的刀具變形。。

　　圖2 擺線刀具路徑銑削適用于緊湊空間加工,如開槽和小型型腔銑削

　　隨著數(shù)控加工中心的出現(xiàn)和機(jī)床剛性的提升,順銑得以實(shí)現(xiàn)。順銑加工可增長(zhǎng)刀具壽命和提高表面質(zhì)量,但也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)通常在徑向切深為刀具直徑的60%-90%時(shí)發(fā)生。一旦產(chǎn)生振動(dòng),前刀面將拍擊工件材料,而不是卷屑和斷屑。順銑對(duì)銑刀和機(jī)床的要求都很高。

　　為了應(yīng)對(duì)以上加工情況,機(jī)床制造商開發(fā)了功率和扭矩剛性足夠的機(jī)床,在連續(xù)重載時(shí)可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加工。同時(shí)改進(jìn)機(jī)床主軸,使其可承受持續(xù)載荷。刀柄夾持刀具要可靠,以消除因切削力過(guò)高而造成的掉刀現(xiàn)象。由于傳統(tǒng)加工方法不屬于高速加工,對(duì)刀柄的跳動(dòng)公差要求不高。

　　最大性能銑削

　　航空產(chǎn)品供應(yīng)商可能最先認(rèn)識(shí)到高效加工工藝的必要性。通過(guò)優(yōu)化加工機(jī)翼和其它大型平面的余量去除工藝以及降低功率消耗可實(shí)現(xiàn)巨大的能源節(jié)約。通過(guò)優(yōu)化刀具徑向路徑,使每次走刀能快速進(jìn)給并切除少量材料。在切削過(guò)程中,保持穩(wěn)定的切削載荷以防止刀具振動(dòng)和損壞。

　　高效加工的方法之一是直線刀具路徑銑削,即采用徑向小切深和軸向大切深的刀具,沿工件內(nèi)部或外部直線運(yùn)動(dòng)。順銑時(shí)切屑由厚到薄變化且徑向切削輕快,因此可采用大進(jìn)給和切削速度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大性能銑削,這種加工方法可減少切削熱和降低切削力。

　　圖3 型腔中心顯示螺旋坡銑的終止位置以及螺線銑的開始位置,當(dāng)銑刀進(jìn)入較窄的區(qū)域時(shí)開始擺線銑削

　　另一種高效加工方法是擺線刀具路徑銑削,一種包含向前移動(dòng)和逐步進(jìn)刀的圓形銑削方式。銑刀沿螺線移動(dòng),重復(fù)層切被加工材料。擺線是一種2D刀具軌跡,也可用來(lái)銑槽和開腔,以解決空間狹小處的排屑問(wèn)題。另外,擺線銑削也可用來(lái)清除零件型腔內(nèi)部粗加工銑削時(shí)留下的大圓角。

　　曲線螺線也稱為漸變螺線,通常用于型腔銑削2D刀具路徑。通過(guò)等步距進(jìn)刀直到加工完成零件特征,可減少不必要的刀具加速和減速。對(duì)所有的最大性能銑削方法,采用密齒立銑刀可增加進(jìn)給速度,帶來(lái)更高的金屬去除率。

　　最大性能銑削的另一種類型用于型腔銑削。型腔銑削通常需要先加工出一個(gè)起始孔,可采用鉆頭鉆削或用底齒過(guò)中心的立銑刀進(jìn)行螺旋坡銑加工出起始孔。螺旋坡銑時(shí),立銑刀除沿直徑可達(dá)自身直徑2倍的圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外,還同時(shí)沿Z軸向下進(jìn)刀直到軸向深度。刀具沿圓周可順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生順銑或逆銑。

　　所有的最大性能銑削方法可能會(huì)用于同一零件的加工,這主要取決于零件的幾何特征、排屑以及現(xiàn)有CAM系統(tǒng),并確定最適合的加工方法。。

　　圖4 此測(cè)試件采用本文中所有的刀具路徑方法

　　大芯軸直徑立銑刀適用于最大性能銑削,可提高剛性和保證高速進(jìn)給。刀具銑削時(shí)的包角和切深需盡可能保持恒定,嚴(yán)格禁止在零件拐角處包角過(guò)大導(dǎo)致埋刀加工。

　　加工的先決條件

　　最大性能銑削可有效應(yīng)用于多種材料的加工。為了正確使用這種加工方法,需要一些先決條件,比如一個(gè)優(yōu)秀的CAM系統(tǒng)。生產(chǎn)周期的縮短是評(píng)價(jià)CAM系統(tǒng)的主要指標(biāo),另外,系統(tǒng)的易用性和縮短編程時(shí)間也是重要的考量指標(biāo)。在自有設(shè)備上加工出正確的測(cè)試件可確保檢查CAM系統(tǒng)的工作效能。

　　相對(duì)于傳統(tǒng)銑削,最大性能銑削的進(jìn)給速度可提高10倍以上。機(jī)床的控制或伺服系統(tǒng)必須快速和精確,以避免拐角處的過(guò)度加工或因?yàn)閿?shù)據(jù)不足造成加工減速,并導(dǎo)致因進(jìn)給不夠快速引起的刀具磨蝕加工。

　　最大性能銑削的主軸轉(zhuǎn)速較傳統(tǒng)加工方法可提高4-5倍,這主要取決于工件材料。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000rpm,需采用動(dòng)平衡良好的刀柄。盡管最大性能銑削的切削力很小,刀具掉刀仍是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。因?yàn)樽畲笮阅茔娤髟诟俚臅r(shí)間內(nèi)切除更多的工件材料,推薦使用熱裝、液壓夾頭或帶安全鎖的刀柄,不推薦使用側(cè)固刀柄。

　　一旦滿足最大性能銑削的所有要素,就可以按照測(cè)試—文檔編制—加工工藝制定的順序開始工作,甚至老式機(jī)床設(shè)備也可采用最大性能銑削。