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機械社區

標題: 工于銑削 [打印本頁]

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作者: 寂靜天花板    時間: 2016-11-14 19:54
標題: 工于銑削
銑削起始于十九世紀后半葉，采用帶有切削刃（切削齒）的類似于現在稱之為銑刀體或銑刀的旋轉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。

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% z0 K* L+ i$ r; |在過去的一個半世紀，作為非常重要的加工方式，銑削加工因循序演變以及技術革新的雙重推動取得了長足的發展。技術的漸次進步確保了銑加工機床的持續演化，而類似于計算機數字控制技術（CNC）這些全新的技術為銑加工機床加工性能帶來跨越式的技術革新。
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現代五軸加工中心使得對復雜形狀零部件進行非常高效的銑削加工成為可能。現今，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的精度以及所需的被加工表面質量。
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刀具的發展僅能部分反映出銑削領域卓越的技術進步。當今的銑加工機床所能實現的進給及切削速度離不開現代銑刀所具足的先進性能。

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$ I0 W: }; ?3 Z# s盡管刀具尺寸形狀讓人一目了然，其發展變化易于被觀察到并容易因此受到肯定，然而刀具領域相關的亞微米級、納米級、分子級的先進性所帶來的進步與提升看上去卻并不那么明顯。
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近些年來，當聚晶金剛石（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用方式卻并不那么通用。不管怎樣，硬質合金，尤其是涂覆有耐磨性保護材料涂層的硬質合金，依舊是裝夾于可換刀片式銑刀體的可轉位刀片的最主流的材料，更不用說整體硬質合金立銑刀了。
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最近，粉末冶金領域發生的非凡進步正是減小了硬質合金晶粒的尺寸。當前，主流的整體硬質合金立銑刀及可轉位刀片由具有0.3-0.8 μm粒度的亞細晶粒基體制成。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。更進一步，更小的晶粒尺寸與引入的先進壓制技術相結合，使得生產制造出具有不同刀尖高度的復雜形狀的與眾不同的刀片成為可能。技術創新的幾何形狀優化了切削刃形狀，不僅保障了輕快且穩定的銑削加工，還提高了加工零件表面的精度。
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納米技術領域的實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，與傳統涂層方式相比，顯著提高了涂層的強度。此外，應用于可轉位刀片的最新的涂層后處理技術去除了表面一層的涂層進而增加了刀片的耐用性。例如，伊斯卡應用于銑刀片的牌號IC808及IC830正是基于上述原理。這類合金牌號在進行了TiAlN PVD納米涂層后進一步采用了伊斯卡原創的束魔涂層后處理技術 （SUMO TEC）。
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6 K, j# l- f4 A3 W三種高效粗銑加工方式

$ g" J( O/ [% S$ c- B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現目標，卻對銑刀有著特別的要求。
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. C% b: u+ r' j3 }# k2 g當采用每齒大進給（HFM）或快速進給（FF）進行銑削時，切削深度小，進給卻很大。比如，在對鋼件進行大進給加工時，從以毫米為單位的尺度來看，每齒進給往往大于切削深度。一款大進給銑刀切削刃經特別設計以使得切削力沿刀具旋轉軸線作用于銑刀，也就是指向銑加工機床剛性最大的主軸方向，同時作用于銑刀的撓曲載荷小。大進給加工的主要優點是在相對低的機床功率消耗下實現非常高的金屬去除率。

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能實現大進給銑削加工的銑刀有多種設計形式，也包括夾持可轉位銑刀片的銑刀及整體硬質合金立銑刀。最明顯的特點是切削刃的形狀；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°。

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3 N' W! h3 E( q  w伊斯卡雙面飛碟銑刀（HELIDO UPFEED Н600）系列雙面刀片的前刀面設計結合了凸面設計及凹面設計。復雜形狀顯著提高了對切屑的控制并有利于切屑從切削區域排出。銑刀片后刀面交替傾斜，方向相反，其結果是具有非常經濟的優勢，每片雙面可轉位銑刀片帶6個切削刃，每一面帶3個切削刃。
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; s, H. a& f2 w) U/ S2 e5 |3 {! h, o最初推出大進給銑刀旨在用于復雜表面的粗銑加工，比如模具工業零件；現在大進給銑刀已被視為高效粗加工的方式而廣泛應用于平面銑削，特別適用于大型零部件。然而，不是每一款機床都能滿足大進給銑刀對高速進給驅動的需求。
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) O0 L1 Q) [1 P+ y; y9 ^* X7 G對于低速高功率的機床而言，可采用帶30°主偏角的中速進給銑刀（MF）。中速進給銑刀每齒進給小于大進給銑刀，但也高于常規進給，故而能被稱為“中速進給”。與此相反，相比于典型的大進給銑刀，中速進給銑刀的切削深度更大。于是，同樣收獲高生產率的粗銑加工，只是消耗機床功率更高。
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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，立裝夾持設計原理最大限度地確保了銑刀體的高強度及高剛性。
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意欲降低玉米銑刀所消耗的機床功率并提高其動態加工性能的渴望促進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計有分屑槽。在這個領域的進一步發展是推出可對切屑進行二次加工的刀片，即逐一地將切屑撕裂至更細小的切屑。粉末冶金的進一步發展使得能生產高韌性，帶有高強度分屑槽切削刃的燒結后即定型的分屑槽銑刀片，譬如伊斯卡可轉位風火輪銑刀片MILLSHRED，該銑刀片能承受整個粗銑加工過程中的重載荷。
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粗銑實現鏡面
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( ^6 i& s  O2 p0 e! `前沿的新型刀具材料及先進的加工方式（比如，高速銑削HSM）為工藝流程的制定及生產計劃安排帶來了顯著的進步。在許多案例中，現在已經有可能做到，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地通過各種加工技術完成加工。
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銑削的進步還來自于其他領域，無論是刀具還是工件材料硬度的上限一直在提升。當今，整體硬質合金立銑刀能成功應用于硬度高達HRC63及以上的淬硬鋼的加工。無獨有偶，夾持可轉位刀片的銑刀也在持續升級改進以覆蓋大多數粗銑加工。

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為進一步降低精銑加工的成本，刀具設計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行了持續研發工作。這一目標驅動促使伊斯卡研發工程師創生出燕尾IQ845銑刀（DOVEIQMILL），一款主偏角為50°的可轉位面銑刀。這款頗具開創性設計的面銑刀夾持合算的雙面可轉位刀片，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，共同使得當以相對于精銑切削參數的粗銑加工切削參數進行銑削能收獲鏡面的零件表面。
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對多功能的強調！

7 }0 D# U$ i7 q1 V在上個世紀九十年代，伊斯卡曾推出裝夾可轉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。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用的多樣性，而相似的設計現在已出現在不同刀具供應商的標準刀具里。
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8 P1 c4 m: b2 |5 z: F3 [. p從多數小型及中型用戶的角度來看，可轉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。


縮短停機時間
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6 U9 y+ v4 G, A7 Q8 u& G4 ^) J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，一系列的刀體裝夾各式硬質合金刀頭，使得銑刀的結構設計及組合的可能性難以計數。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是，與昂貴的尺寸接近的整體硬質合金立銑刀相比，當變形金剛立銑刀磨損后僅需更換小小的刀頭。

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變形金剛立銑刀的刀頭與刀桿接觸面為緊公差設計。故而，操作者能在刀桿依舊裝夾于機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時間。
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8 T4 J2 W, q2 E由于現代先進機床的成本非常高，縮短停機時間非常重要，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費用是相當重要的因素之一。高度精確的模塊保障了模塊化系統的高精度及更換刀頭后具有高重復定位精度；縮短了加工制造周期，最終轉化為提高了機床的利用率，從而降低了成本。


3 }; p+ |3 u+ Q, ]來自銑刀領域的重大進步與來自機床領域的技術進展同樣重要。銑刀是機床主軸與工件之間至關重要的加工媒介，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，并因此可能對提高生產率帶來阻礙。事實上卻與此相反，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量，改進了加工精度級別，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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作者: albert.tang    時間: 2016-11-15 08:21
工欲善其事，必先利其器。

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