高速擺線銑削工藝

從事研發工作的工程師們在持續不斷地尋找更加高效的銑刀時，發現了新的、比傳統銑削工藝更為高效的加工方式。隨著高速切削（HSC）的不斷發展，不僅提高了工件的表面質量，同時也縮短了加工時間。此外，這種刀具在鍛模和注塑模具的精加工中也發現了它的應用。隨之出現了高效切削（HPC）和大進給量切削（HFC）在粗加工平面中的應用，顯著節省了時間。對于大進給量切削，由于采用較小的主偏角，從而減小了在進給方向上的切削力，這就可以采用很高的進給量，由此大幅提高了材料去除率。

目前，擺線銑削正經歷著強勢回歸。早在十多年前，在金屬加工過程中就已奠定了采用圓周進給運動的動態銑削工藝的基礎。然而只有通過高效刀具和高效機床，以及合適的CAM軟件進行配合，用戶才能充分地利用這種銑削加工工藝的優點。

材料銑削難點迎刃而解

這種銑削工藝特別適合用于在傳統的銑鍵槽、銑槽腔或者銑削邊緣中被視為“銑削難點”的材料加工，比如高強度材料和硬化的材料以及鈦材料的銑削加工。在擺線銑削工藝的應用實例中，有鍛模和注塑模具中的構件特殊幾何形狀的部位、燃氣渦輪機的葉輪槽以及航空和航天工業的整體構件的加工等。

銑削軌跡：擺線銑削時的刀具動態運動軌跡（圖源：LMT 集團）

德國藍幟金屬加工技術集團（LMT 工具公司）和幾家著名的軟件公司在CAM編程范圍方面進行了緊密合作，在測試時能夠證實擺線銑削工藝的諸多優點。小的切削力和其在切削刀刃長度上的均勻分布，這就允許采用較高的加工速度，由此可以大大縮短加工時間，同時還能提高刀具的使用壽命和零件的質量。由于擺線銑削時明顯低的振動傾向，銑刀使工藝過程變得較為可靠，LMT公司表示這種銑削工藝能較好地適用于無人化生產。

刀具的品種可以減少，尤其在銑削槽時可減少刀具品種的使用。銑槽時則視工藝的具體情況，銑刀直徑至少要小于槽寬的30%。這樣，對于不同的槽寬就可以只使用一種較小直徑的銑刀進行銑削。

動態銑削舍 “ 整體立銑刀具 ”其誰

為了充分利用動態銑削加工的整個優點，銑刀的背吃刀量應當為ap ＞ 1.5 XD，其中D是刀具直徑。對此，整體硬質合金立銑刀在結構上占據優勢，比如LMT Fette公司的DHC銑刀。在加工中，一個較大的銑刀刀刃長度與直徑的比值（L/D）有助于縮短加工時間，特別是對于加工較深的型腔更是如此。此外，利用較長的切削刀刃L，有可能以一次加工行程完成工件的加工，而不需要重新改變背吃刀量。側吃刀量ae 也同樣起到一定的作用。隨著待加工的材料難度的增加，最大的側吃刀量與銑刀直徑的比值ae/D 就應該減小。在銑削鋁時這個比值約為0.3；銑削鋼和不銹鋼時約為0.2；在加工淬硬材料時約為0.15，加工超級合金時約為0.1。側吃刀量與銑刀直徑的比值越大，由此產生的接觸角越大。這個接觸角一般在＜ 10°到＞ 60°的范圍內，而在任何情況下都小于180°，如像在常規銑槽的情況那樣（校注：常規銑槽時，其包角為180°）。由于接觸角較小，除了降低了刀刃上的機械負荷外，也降低了刀刃上的熱負荷，由此顯著提高了刀具的使用壽命。但是，如果接觸角較小，很可能導致太少的刀刃參與切削，因此，應增加切削刀齒數。然而情況并非都是這樣。首先，DHC銑刀由于其螺旋形刀刃始終確保了刀刃的接觸，同時還有足夠的排屑空間可用于切屑輸送。通常，有四個刀刃的銑刀就足夠了。如果刀刃數較多，就必須減小每齒的進給量，但是，這會影響到加工時間。

銑削至切屑熾熱：在極限條件下對淬硬的模具鋼進行擺線銑削。（ 圖源：LMT 集團）

只用一把銑刀也能進行精加工和粗加工

原則上，對于擺線銑削來說，用同一把立銑刀可以進行粗加工和精加工。但是，在實際生產中，銑刀在完成粗加工之后大多數會出現磨損現象，必須使用一把新的銑刀來進行精加工。即使是采用由多個可轉位刀片組成的銑刀也可分享擺線銑削的優點。可是按照其標準程序由于側吃刀量與銑刀直徑的比值往往較小，這就限制了它的應用。另外，也包括較淺的型腔。加工這類較淺的型腔，需要采用盡可能小的背吃刀量或較小的銑削行程。但是當這些槽腔或槽較深時，也可以采用在刀體周圍裝有多排可轉位刀片的銑刀，由此，銑刀就有了較長而有效的切削刀刃，這樣的銑刀特別適合于粗加工。

擺線銑削的上述優點是顯而易見的，在實際應用也已經得到證實。一家機床生產廠在加工鉻鉬釩合金工具鋼材料的圓盤時，圓盤上一個槽的尺寸為130mm×55mm×22mm，硬度為洛氏硬度58。選用了DHC Hardline 型整體硬質合金立銑刀，這種整體硬質合金立銑刀通常應用于強度達到1600N/mm2 的材料，或者硬度達到洛氏硬度60 的淬硬鋼的加工。立銑刀的不等分齒和螺旋角確保了加工的極高平穩性和過程的可靠性。在上述的示例中使用的這種銑刀的直徑為12mm，有四個切削刀刃，切削速度為vc=300m/min，切削深度為ap=22mm（幾乎為銑刀直徑的兩倍）。當側吃刀量為ae=0.5mm的情況下，最大的接觸角為24°。按傳統銑削工藝加工，所需時間為12分鐘，而現在可以縮短至3.7分鐘。這意味著省下了約70%的加工時間。

保護銑刀有妙招

對于傳統銑削，銑刀在切入和切出工件時經常會出現沖擊負荷，而擺線銑削則可以避免這種沖擊負荷。銑刀軌跡的智能控制加上較低的側吃刀量，使得銑刀能平穩地切入和切出工件，從而有助于提高刀具的耐用度和改善工件的加工質量。并且在整個切削過程中保持了這種平穩的加工，尤其適用于提高薄壁工件的表面質量，增加尺寸穩定性。

設置在整個刀具長度上的切削刀刃：利用較長的切削刀刃來加快槽腔的銑削和鍵槽的銑削。（圖源：LMT 集團）

有一個實例，以較大的銑刀刀刃長度與直徑的比值（L/D）加工出壁厚只有0.7mm的工件，這達到了它的效率極限。加工的材料為淬硬模具鋼1.2842（90MnCrV8）, 洛氏硬度達52。整體硬質合金立銑刀的直徑為8mm，切削速度達vc=400m/min。銑刀刀刃長度與直徑的比值取2.25的情況下，每齒進給量達fz=0.11mm。在這種極端的粗加工條件下，所有的熱量會流向切屑，導致切屑熾熱發紅。這種結果令人印象深刻。建議讀者可以親自在機床一旁觀察，以便從加工的過程和從銑削循環的速度中獲得真實的印象。