仿形銑刀的應(yīng)用

來(lái)源:中國(guó)幕墻網(wǎng)收集整理　作者:* 　日期:2008-4-26
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可轉(zhuǎn)位銑刀"' http:>銑刀">銑刀加工工件時(shí)總是伴隨著振動(dòng)，在車(chē)間里，可以感受到振動(dòng)帶來(lái)的熟悉的聲音和感覺(jué)。當(dāng)通過(guò)增大刀具的切削深度來(lái)提高金屬切削">金屬切削率時(shí)，往往會(huì)損壞刀具的刃尖，縮短機(jī)床的壽命。

除了提高機(jī)床性能外，還有一種方法可以改善加工狀況，那就是使用仿形銑刀。這種刀具又稱(chēng)做“鈕扣刀具”。

仿形銑刀只是在傳統(tǒng)的立銑刀基礎(chǔ)上有一個(gè)簡(jiǎn)單的變化，與傳統(tǒng)的菱形刀片或方形刀片不同，仿形銑刀使用圓形刀片。這個(gè)變化使仿形銑刀具備多種優(yōu)點(diǎn)，其中大部分益處可以說(shuō)是當(dāng)今小切深，大進(jìn)給，和高速加工發(fā)展趨勢(shì)下的一個(gè)補(bǔ)充。本文將分別介紹這些優(yōu)點(diǎn)：

進(jìn)刀能力強(qiáng)
加強(qiáng)螺旋銑和斜面加工能力
切削刃強(qiáng)度更高
更多的切削刃參與加工
低功率下獲得高切削率
接近精加工的粗加工

進(jìn)刀

一些仿形銑刀可以象鉆頭">鉆頭那樣，直接進(jìn)刀，切入工件。如：端銑刀式仿形銑刀，但僅在制造商在刀具末端留有足夠的間隙時(shí)才可以沿這個(gè)方向切削。套式仿形銑刀也可直接切入工件，但加工時(shí)功率消耗很大。

仿形銑刀不可能取代鉆頭，因?yàn)殂@削時(shí)參與加工的面積較大，超過(guò)了這種刀具所能承受的切削深度。但仿形銑刀這種可以直接切入工件的能力解決了加工中一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題：那就是在粗加工之前需要預(yù)鉆一個(gè)起始孔。

因?yàn)槠胀ǖ目赊D(zhuǎn)位立銑刀不能沿Z軸直接切入材料，所以需要預(yù)先鉆一個(gè)起始孔。另一種進(jìn)刀方法是通過(guò)一個(gè)斜面進(jìn)入，通常需要應(yīng)用CAM軟件來(lái)完成。而使用仿形銑刀，這一步可以省去。可將刀具的進(jìn)刀操作與型腔加工編為一個(gè)完整的程序，無(wú)需特別考慮刀具的進(jìn)刀問(wèn)題。這種可自由進(jìn)刀的方式對(duì)于復(fù)雜型腔的粗加工，以及調(diào)用表面粗加工例行程序很有用。

螺旋插補(bǔ)

綜合運(yùn)用仿形銑刀和螺旋插補(bǔ)可以容易、快速地加工大直徑孔。這種技術(shù)類(lèi)似于螺紋銑削，三個(gè)軸（X、Y、Z）同時(shí)運(yùn)動(dòng)。但它又不同于螺旋銑削，因?yàn)橛梅滦毋姷都庸げ恍枰鹗伎祝涂梢灾苯忧腥氩牧稀４送猓捎诜滦毋姷队写蟮暮蠼牵菪逖a(bǔ)過(guò)程中的升角可以很大，而且不用擔(dān)心會(huì)摩擦到切削刃的底部。這個(gè)簡(jiǎn)單易行的過(guò)程帶來(lái)很多好處，可以用相同直徑的刀具加工不同尺寸的孔，只需將孔尺寸的變化編入程序。

一個(gè)典型的對(duì)比可以說(shuō)明這種技術(shù)有提高效率的潛力。

切削刃強(qiáng)度

由于沒(méi)有尖角，在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片中，圓形刀片的切削刃強(qiáng)度最高。因此可用于重切削，或者不穩(wěn)定條件下的粗加工。當(dāng)需要使用長(zhǎng)型刀具時(shí)，圓形刀片能承受更大的刀具偏轉(zhuǎn)和振動(dòng)，允許加工中提高轉(zhuǎn)速、增大進(jìn)給，同時(shí)減少崩刃的危險(xiǎn)。

圖1：切削深度小時(shí)，圓形刀片效率更高，較小的切深減少了切肖的厚度，因此需要的功率也低。

圖2：仿形銑刀采用正的軸向減角，可使切削順暢，切削刃的支承也更好

使用圓形刀片時(shí)，切削力可以得到有效的分布。而對(duì)于典型的直角銑刀，刀具壓力主要為徑向力，這導(dǎo)致了刀具變形大，增加了振動(dòng)和刀具破損的可能。圓形切削刃均勻地分散切削力，將更多的切削力轉(zhuǎn)化為軸向力。這正是使用加長(zhǎng)型刀具時(shí)所希望的，因?yàn)闇p小徑向力也就減小了刀具變形。

但使用加工中心"' http:>臥式加工中心">臥式加工中心時(shí)則要小心。軸向力的增加可能使安裝在機(jī)床角板上的夾具出現(xiàn)撓曲，這是因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)不象在立式加工中心">立式加工中心上時(shí)那樣穩(wěn)固。在臥式加工中心上，撓曲會(huì)帶來(lái)振動(dòng)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致刀片出現(xiàn)輕微的崩刃。刀具壽命會(huì)因此而縮短，刀具破損的可能性加大。為了減少或避免這種情況，應(yīng)該使用正軸向前角的刀具，這樣可以減小對(duì)工件向下推的力。

切削刃數(shù)目

圓形刀片還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是比普通的硬質(zhì)合金刀片擁有更多可用的切削刃。根據(jù)刀片的尺寸以及切削深度，圓形刀片可以有4到8次有效的轉(zhuǎn)位，材料去除量至少是普通菱形和方形刀片的兩倍。這種優(yōu)勢(shì)可以減少操作者去工具室換新刀片的次數(shù)（保證了操作者的有效工作時(shí)間），減少了刀片的存貨量（降低庫(kù)存費(fèi)用），降低了每條切削刃的成本。

例如，普通的菱形刀片價(jià)格大約為8美元一片，有兩條可用切削刃，每條切削刃的成本為4美元。方形刀片的成本是10美元，那么平均到每條切削刃就是2.5美元。

將這些刀片的成本與圓形刀片比較，圓形刀片每片的價(jià)格會(huì)達(dá)到11美元（多數(shù)情況下還要少些）。

假設(shè)在最?lèi)毫訔l件－重切削－下加工，刀片只可以轉(zhuǎn)位4次，每切削刃的成本是2.75美元。更多的情況下，可以轉(zhuǎn)位8次，那么每條刃的成本就是1.38美元。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和成本比較，圓形刀片不僅比其它類(lèi)型刀片的金屬切削率高，其經(jīng)濟(jì)性也頗具吸引力。

高切削率、低能耗

如果使用恰當(dāng)，圓形刀片可擁有很高的金屬切削率，而不需要很高的機(jī)床功率。因?yàn)閳A形刀片的強(qiáng)度高，可以在直角銑刀無(wú)法達(dá)到的進(jìn)給率下加工工件，甚至允許在輕型機(jī)床上進(jìn)行較大負(fù)載的粗加工。需要了解的關(guān)鍵問(wèn)題是：切削深度越大，切屑也越厚，這將增大功率的消耗（見(jiàn)圖1）。采用淺切削－切削深度為0.025到 0.050英寸－普通的圓形刀片刀具可在0.040英寸的每齒進(jìn)給率下加工鋼材，某些時(shí)候，還可以達(dá)到0.06ipt。而大部分菱形刀片和方形刀片的最大值只有0.010-0.012ipt。

值得注意的是，一些鈕扣刀具的使用者會(huì)遇到這樣的問(wèn)題，加工過(guò)程中，或是刀片磨損后，刀片會(huì)在刀具的安裝座內(nèi)發(fā)生移動(dòng)。這兩種情況都是由于刀具承受的壓力過(guò)大，超過(guò)了刀片夾緊元件的夾持力。因此需要在設(shè)計(jì)刀具的時(shí)候綜合考慮可能發(fā)生的情況。比如，有些刀具在用螺釘固定刀片的同時(shí)，上面還有一個(gè)小夾鉗，這種雙重夾緊的方式確保了刀片的安全。

仿形立銑刀的構(gòu)造如圖：
1.頂部夾鉗保證刀片的夾緊：
2.正軸向前角可以支承切削刃；
3.刀片上的小平面用于正向鎖定；
4.經(jīng)刃磨的刀片保證加工精度；
5.鄰近的刀片提供進(jìn)刀能力

另一個(gè)重要的問(wèn)題是刀片安裝座的正向鎖定功能。很多鈕扣刀具用戶(hù)使用便宜的壓鑄刀片，光滑的圓面無(wú)法徑向鎖定。作用在刀片切線(xiàn)方向切削力會(huì)導(dǎo)致刀片上的螺釘損失扭矩。剛度更大的仿形銑刀通過(guò)在刀片側(cè)面增加鎖緊面來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題-鎖緊面與刀體的鎖緊面緊密配合，使二者之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可能性降到最低。

當(dāng)要進(jìn)行大進(jìn)給率切削時(shí)，需要刀具能夠給切削刃提供最大的支承力。使用負(fù)軸向前角的仿形銑刀（讓刀片向下傾斜，朝向工件），用保守的加工參數(shù)，可以獲得好的加工效果，但進(jìn)給率很大時(shí)則會(huì)失敗。這種設(shè)計(jì)本身就有缺陷，在切削刃受力的主要區(qū)域缺乏支承（見(jiàn)圖2）。使用正軸向前角的仿形銑刀則可以給切削刃提供很好的支承，這是因?yàn)榍邢魅泻竺娴挠操|(zhì)合金與切削力接近于平行。這種方式使用硬質(zhì)合金，可以讓用戶(hù)感受到硬質(zhì)合金吸收壓應(yīng)力的能力。

但這種情況下，刀具夾緊的剛度很重要。因此強(qiáng)烈推薦使用短型的立銑刀夾頭">夾頭或者套式銑刀夾頭。

使用恰當(dāng)?shù)募庸ぃ词故侵挥?0或15馬力的機(jī)床，也可以獲得有競(jìng)爭(zhēng)力的切削，而且減少設(shè)置步驟，工廠的生產(chǎn)安排也更靈活。

接近精加工的粗加工

將圓形刀片用于粗加工，給半精加工或精加工提供了更好的“準(zhǔn)備工作”。用直角銑刀進(jìn)行粗加工，向下切削時(shí)，會(huì)留下一個(gè)臺(tái)階。每一遍走刀的切削深度越大，這種臺(tái)階效果就越明顯。這種不平的工件表面會(huì)導(dǎo)致半精加工時(shí)刀具受力不均，給刀具帶來(lái)沖擊，并導(dǎo)致刀具變形，這樣就不可能從粗加工直接過(guò)渡到精加工。不僅需要半精加工，而且還要進(jìn)行多次精加工。

使用圓形刀片大大減少了上述情況的發(fā)生。不象直角刀具那樣留下臺(tái)階，而只有一些很小的“褶皺”，且高度很低，可以輕松地加工掉。在切削深度小的情況下，圓形刀片也是最佳選擇，“褶皺”的高度變得更小，粗加工后的工件表面比較平整，可以很容易進(jìn)行半精加工。某些時(shí)候，甚至可直接進(jìn)行精加工。

螺旋插補(bǔ)周期的比較

如圖所示：工件材料為4140鋼，直徑為4英寸的孔，使用直徑為1英寸的仿形銑刀，轉(zhuǎn)速為4000rpm,進(jìn)給量200ipm,切削深度為0.035英寸

一般來(lái)說(shuō)，工廠用鉆頭和圓弧插補(bǔ)立銑刀來(lái)加工大直徑孔。比如，用這種方法在一臺(tái)15馬力的立式加工中心上銑削一個(gè)直徑為4英寸，深3英寸的孔。

先用直徑為1.25英寸的可轉(zhuǎn)位鉆頭鉆一個(gè)通孔，僅耗時(shí)1.5分鐘。然后用直徑為1英寸的可轉(zhuǎn)位立銑刀，運(yùn)行圓弧插補(bǔ)閉環(huán)程序進(jìn)行加工，加工參數(shù)為：切削深度為0.1英寸，切削寬度為0.7英寸，轉(zhuǎn)速達(dá)2300rpm，進(jìn)給率為25ipm。圓弧插補(bǔ)的加工周期為35－45分鐘，這樣兩種刀具總的加工時(shí)間達(dá)到 45分鐘。

現(xiàn)在，在同一臺(tái)機(jī)床上用螺旋插補(bǔ)的方式加工同樣的孔。使用裝有圓形刀片的直徑為2英寸的套式立銑刀。假設(shè)刀具有4面刃，刀片的內(nèi)切圓直徑為0.5英寸。

典型的加工參數(shù)是：轉(zhuǎn)速為1500rpm，進(jìn)給率為61ipm，切削深度為0.06英寸，螺旋加工至4英寸直徑處。大約50個(gè)循環(huán)后就可以銑穿工件，再走刀5遍就可以到達(dá)刀片的中心線(xiàn)，即完成了加工。

每遍走刀的直徑等于4英寸孔徑與2英寸刀具直徑之差，也就是2英寸。刀具所運(yùn)行的總長(zhǎng)度為每圈6.28英寸（直徑為2英寸的圓的周長(zhǎng)）乘以55，即345英寸。進(jìn)刀量為61ipm時(shí)，加工時(shí)間需要5.5分鐘。

換句話(huà)說(shuō)，這個(gè)例子中的螺旋插補(bǔ)可以使加工時(shí)間縮短87％，而且節(jié)約了一把刀。

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