數控機床

       上海, 2016 年 03 月 - 製造商從未（wèi）停止過探求提（tí）高其加工速度、質量和成本效益的方法。為了滿足該需求，機床、CAM 軟件和刀具供應商在不斷地開發新產品和（hé）應用策略。這些產（chǎn）品和策略的（de）結合可在（zài）特（tè）定加（jiā）工場合中提供最高的生產率。例如，目前（qián）在粗銑加工領域的最新進展清楚（chǔ）地表明（míng）了綜合應（yīng）用先進金屬加工技術的優勢。

  
       加工要素
  
       機床是銑削加工的基（jī）礎。為了（le）有（yǒu）效地進行粗銑加工，機床必須具有足以抵（dǐ）抗切削力的剛度，以及為了最大限度提高金屬（shǔ）切除（chú）率並縮短兩次走刀之間所需（xū）時間而需要的軸向加速和減速（sù）運（yùn）動的能力。此外，動力強勁的主軸還有助於確保高切削速度和高（gāo）應用參數。最後，機（jī）床的 CNC 係統必（bì）須具有（yǒu）足夠的（de）計算能力來進行預（yù）測，並滿足對加工動力以及直線和旋轉軸移動的快速變化的需求。
  
       CAM 軟件決（jué）定了這些（xiē）需求（qiú）將會是什麽。在（zài）生成（chéng）銑削刀具路徑時，軟件開發人員必須考慮從（cóng）簡單到（dào）複雜的（de）各種銑削工藝。側銑是一種基本的（de）銑削工藝，在側銑中，立銑刀的刀具側麵以特定的軸向 (ap) 和徑（jìng）向 (ae) 切（qiē）削深度接觸工件。在簡單的側銑加工中，每次走刀時刀具的（de）徑向吃刀量或接觸弧的變化最少。因此，操（cāo）作員可以調整接觸弧，以充分利（lì）用高效的立銑（xǐ）刀設計特點，包括多個刀刃和較厚的增強芯部。增加刀刃數量能夠提高進給率，而（ér）堅固的刀具芯部（bù）能夠承受重型加工負載。
  
       但是，槽銑的情況卻有所不同。在銑槽應用中，立銑刀的整個直（zhí）徑都在切削中齧合（hé），以形（xíng）成 180 度接觸弧。刀具上（shàng）的負（fù）載要遠（yuǎn）大於側銑中產生的負（fù）載，並且（qiě）切屑更難清除，這（zhè）意味著切（qiē）屑（xiè）可能會被再次切削，並最終會導致刀具的卡滯和斷裂。
  
       導熱性不良的銑削工件材（cái）料（如不鏽鋼、鈦和鎳基合金）會（huì）導致這種（zhǒng）問題（tí）更加嚴重，使刀具熱量集中並加速了刀具的失效。因此，可能無法完全實現刀具的軸向切深性能。在逐漸增加的軸向深度下完成一個零件將需要多個步（bù）驟，延長了加工時間。槽銑通常還需要使用更小的切削（xuē）速度和進給率，進一（yī）步降低了生產率。
    
       先進的 CAM 軟件允（yǔn）許操作人員采用複雜的切削策略（如擺線銑削），有助（zhù）於進行（háng）槽加工。在擺線銑（xǐ）削刀具路徑中，該軟件可引導直徑小（xiǎo）於加工槽直徑的刀具沿 X 軸和 Y 軸進行重複的圓周運（yùn）動。刀具的徑向吃刀量小於其直徑的一半，圓周刀具（jù）路（lù）徑可以有效地將槽銑更改為（wéi）側銑。刀具的接觸弧大大減小，從而能夠使用多刃立銑刀和更長的軸向切削長度來提高金屬切除率並縮短加工周期。
  
       介於簡單側銑和滿刃槽銑之間的是涉（shè）及不同凹（āo）凸輪廓加工的銑削加工。隨著最終用（yòng）戶對（duì）零件的（de）要求變得更加複雜，這些情況日益（yì）常見，也增（zēng）加了對不規則輪廓工件高（gāo）效加（jiā）工的需求。
  
       關鍵問題在於控製刀具與工件的接觸弧（hú）。在銑削凹形輪廓時，刀具的接觸弧增大，增加（jiā）了刀具和機床上的負載。在銑削凸形輪廓時情況相反；接觸弧減小，切削效率（lǜ）受到影響。
  
       軟件供應商開發並（bìng）改善了實（shí）時控製刀具吃刀量的（de）刀具路徑算法，能夠高效、可靠地對簡單和複雜輪廓進行粗加工。這些刀具路徑通常將（jiāng）大軸向切削深度（dù） (ap) 與小徑向切削深度 (ae)、每齒高進給量（liàng） (fz) 和高切削速度 (vc)相結（jié）合，顯著縮短了切削時間並提高了金屬切除率。除了提供更（gèng）高的生產（chǎn）率，這些先進的粗加工策略采用（yòng）平穩切削路徑，無需快速更（gèng）改方向或切削參數，因而減少（shǎo）了刀具上的負載，大大延長（zhǎng）了刀具壽命。
  
       計算粗銑刀具路徑的最新軟件策略采用兩（liǎng）種基本（běn）方法。一種方法在銑削凹形或凸形零（líng）件時以恒定（dìng）的進給率和接觸弧應用刀具，並在走刀之間（jiān）改變步距寬度（dù），以實現最大金屬切除率。第二種方法是保持恒（héng）定的步距寬度，但改變進給率和刀具的（de）接觸弧，目的是保持一（yī）致的切（qiē）屑厚度。在第二種（zhǒng）方法（fǎ）中，刀（dāo）具的接（jiē）觸弧可（kě）以達（dá）到（dào） 80 度或甚至 140 度，具體取（qǔ）決於所使用的軟件（jiàn）品牌。
 

  
       用於先進粗加工工藝的刀（dāo）具
  
       兩種粗加工方（fāng）法的區別決（jué）定了不同刀具設計的應用。在很多情況下，第一種方法（fǎ）允（yǔn）許使（shǐ）用多刃和雙芯型/增強芯型（如適用）刀具。此外，用戶可（kě）以采用較高的軸向（xiàng）與徑向軸向切（qiē）削深度比。
  
       第（dì）二種方法能（néng）以更高的速率移除金屬，但刀具必須能夠排除更多（duō）的切屑（xiè）。設計采用第（dì）二種方法的刀具通常具有更少的刀刃，並且（qiě）具有能夠促（cù）進切屑流的敞開式（shì）芯部設計，或（huò）采用輪廓分明的（de）刀刃型腔形狀（高性能刀具）。

  
     
 
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     Jabro HPM JHP951 輪廓（kuò）分（fèn）明的刀刃形狀

  
  
       通常（cháng），為（wéi）大切削深度和寬度及重負載設計的刀具（jù）在任何一種（zhǒng）方法中都非常有效。但在第二（èr）種方法中，多刃刀具和采用增強芯（xīn）部設計的刀具在大軸向（xiàng）深度下遇到大接觸弧時，將麵臨切（qiē）屑控製（zhì）問題。可用的軸向切（qiē）削深度與徑向切削深度之比更（gèng）受（shòu）限製。
   

   
       
  
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       Jabro-Solid2 JS554-3C 雙芯型應用

  
  
       在（zài）某些應用中，添（tiān）加特定的刀具槽型特征將提高刀具性能。例如，山高將分屑槽加（jiā）入其 Jabro JS554-3C立銑刀的切削刃中。這些分屑槽是刀刃上的一係列小槽，其間距是刀具直徑的（de）一倍。
  
       無論軸向切削深度如何，分屑槽都可在切屑變得足夠長並影（yǐng）響（xiǎng）切屑的平穩排（pái）出之前進行斷屑（xiè）。因此，立銑刀能夠以最大為刀具直徑 3.5 - 4 倍的軸向切削深度進行加工。通過采用先進的（de）粗加工 CAM 軟件程序，這些刀具的加（jiā）工周期可比傳統方法縮短（duǎn） 60 - 70%。此加工周期（qī）的節省得益於更高的金屬切（qiē）除率以及更高效的刀（dāo）具路徑循（xún）環。
  
       對於設計用於第二種先進粗加工方法（fǎ）的（de）刀具（采用（yòng）不（bú）同的接觸弧和進給率），需要不同的槽型細節才能獲得最（zuì）高性能。這些（xiē）刀具必須留出充足（zú）的切屑形成（chéng）和排屑空間。例如山高的（de） Jabro JS554-2C 立銑刀，該刀具采用了從前向後呈錐形的芯部，這種設（shè）計能夠在刀刃型（xíng）腔內為切屑流提供更多的空間。芯（xīn）部呈錐形在某種程度上（shàng）確實可以降低刀具強度，但結果是刀具（jù）不適用於全直徑槽銑（xǐ）。而另一方麵，立銑刀采用修改的刀（dāo）尖，提升了進行螺旋插補銑時的性（xìng）能。舉例來說，這種刀具選擇可以在最（zuì）大為刀具直徑（jìng）的 2.5 倍時進行（háng）粗銑。
  
 

      
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       Jabro-Solid2 JS554-2C 錐（zhuī）形芯 CAM 通用版
 

  
       先進（jìn）的粗加工軟件，與設（shè）計用於最大限度發揮其優勢的刀具配（pèi）合使用時，可提高每次銑削走刀的切削量，並帶來更（gèng）快的加工周期。涉及摩托車（chē）發動機（jī）鋁殼加工的模具應用就是一個恰當的例子。製造商力求縮短在隻使用高進給粗加工工藝情況下長達 15 小時的加工周期。
  
       為了改善該加工過程，采用了山高 Jabro JS554-3C 刀具以及通過改變步距寬度來保持（chí）接觸弧穩定的先（xiān）進粗加工（gōng）軟件。該方法能夠在 2.5 小時多一點的時間內完成大部分粗加（jiā）工作業。
  
       移除了足夠的材料，因此後續的高進給粗加（jiā）工僅需要 4 小時即可完成。總體而言，粗加工時（shí）間減少了 55%。

  
  
       結論
  
       與在任（rèn）何加（jiā）工應（yīng）用中一樣，采用特（tè）定刀具和策略時應考（kǎo）慮到製造（zào）場合的各個方麵。例如，當刀具（jù）切削長度超過刀具直徑的（de）四倍時，或采用長懸伸量刀（dāo）具或用於不穩定機床（chuáng）或工件時，高進給銑（xǐ）削可能是本文中所述的先進粗加工方（fāng）法的更好替代方法。通過將小切深與高進給相（xiàng）結合，高進給銑削方法將切削（xuē）力軸向（xiàng）引導至機床主軸，以幫助提高加工過程的穩（wěn）定性（xìng）。
  
       不同的應用策略適合（hé）其他製造場合。在某些情況下，專注（zhù）於以高主軸速度（dù）和進給率輕快走刀的高（gāo）速加工，或采用傳統進給量和速度以及極高軸向和徑向軸向（xiàng）切削（xuē）深度的高性能加工將成（chéng）為最佳（jiā）選擇（zé）（請參見附注，以了解各種刀具設計的詳細信息）。在所有（yǒu）示例中，結合使用先進的銑削策略和軟件以及專為在這些（xiē）參數（shù）下實現最大性（xìng）能而設計的刀具，將會在金屬切除率、刀具壽命和成本效益方麵取（qǔ）得最佳成果。
 

  
       附注
  
       加工策略推動（dòng）刀（dāo）具（jù）設計
 
將刀具（jù）設計與特定加工策略（luè）和生產情況進行匹配，提供了最大生產率。如正文所述，山高開發了雙芯型和錐形芯型的（de）先進粗加工刀具，每種刀具在采用（yòng）不同（tóng）的先進粗加工（gōng） CAM 策（cè）略時都能（néng）提（tí）供最佳性能。作為山高（gāo） Jabro整體硬質合金立（lì）銑刀產品係列的一部分，這些刀具旨在實現中到高進給率和高切削速度。建議徑向切削深度小於或等於刀具直徑的 0.15 倍，軸向切削深度可以為（wéi）刀具直徑的 2 到 4 倍，具體取決於所（suǒ）使用的 CAM 軟件（jiàn）。
 
切（qiē）削力和功耗為中等水平。這些（xiē）刀具的刀刃具有能夠最大限度地減少振動（dòng）的不等齒距以及有助於自由排屑的（de）分屑槽（如正文所述）。立銑刀的前端齒設計用（yòng）於控（kòng）製螺旋插補銑（xǐ），而側固式或高精度彈簧夾頭的使用可產生最佳效果。這些刀具適用於廣泛的常規工件材料。

  
  
      
  
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       Jabro-Solid2 JS554 雙芯型設計

  
  
       另一方麵（miàn），Jabro Diamond 和 Tornado 立銑刀設計用於以高切削速度和進（jìn）給率加工淬硬鋼和石墨，這些刀具可產生相對較小的切（qiē）削力並降低功耗。對於這些刀具，軸向切（qiē）削深度通常等於刀（dāo）具直徑，而徑向切削深度（dù）要小於刀具直徑。高速刀（dāo）具具有小螺旋角、短切削長度和大芯徑，能夠（gòu）提升高速下的穩（wěn）定（dìng）性。它們可采用 PVD 塗層，在用於石墨加工應用時還可采用金剛石塗層。推薦使用熱脹式（shì）或高精度彈簧夾頭，以確保高（gāo）速下的刀（dāo）具安（ān）全性和加工精度。
  
       較低的常規切削速度（dù）和進給量，結合高徑向和軸向切削深度，使山高的高性能係列刀具能夠產生高金屬切除率。高性能方法采用中等進給率和切削速度，以形成高效的（de）高切削力並能有效利用機床功率。軸向（xiàng）切削深度最高可達刀具直徑的 1.5 倍，而徑向切削深度等於或小於刀具直徑（jìng）。這些刀具可采用（yòng）高進給參數，且（qiě）其不（bú）等齒距可以最大限（xiàn）度地減少振（zhèn）動（dòng）。切削刃研磨和（hé）拋光的 PVD 塗（tú）層提升了加工軟鋼、中硬（yìng）鋼和硬鋼、不鏽鋼、高溫（wēn）合金和鈦（tài）時的性能。推薦使用（yòng）側固式或 Safelock 刀柄。
  
       山高的（de）高進給刀具還可產生高於平均水平（píng）的材料移除量，但它們是以中等切削速度和進給率（lǜ）進行加工。切削刃（rèn）槽型能使刀具（jù）產生低切削力並降低功耗。高進給刀具可將切削力軸向（xiàng）引導至機床主（zhǔ）軸，並且在（zài）長刀（dāo）具（jù）懸伸量、工件及（jí）刀具夾持不（bú）穩（wěn）定條（tiáo）件下進行銑削時非常有效。斷屑（xiè）槽型允許（xǔ）采用（yòng）優化的進（jìn）給率。徑向切削深度通常是刀具直徑的一半，而軸向切削（xuē）深度要（yào）小於刀具半徑。為獲得最（zuì）佳刀（dāo）具安全性，熱脹式（shì）或高精（jīng）度彈簧夾頭是推薦的刀柄選擇。
  
       當然，並非所有加工廠或應用類型都需要使用專為特定（dìng）應（yīng）用或采（cǎi）用 CAM 應用而（ér）設計的刀具（jù）。對於小型加（jiā）工廠（chǎng）或較大生產場合中的偶（ǒu）然應用，設計用於一（yī）般加工（gōng）應用的立銑刀可提供最符合要求的、經濟高效的成果。用於一般應用（yòng）的山高 Jabro 整體刀（dāo）具包括可確保穩定性（xìng）的雙芯型設計（jì）、能實現輕快切削加工的大螺旋角、用於最大限度（dù）地（dì）減少振動（dòng）的不等齒距，以及通過（guò）輪廓分明的研磨提高強度的切（qiē）削刃。這些刀具（jù）能以中等切削速度和進給量進行加工，並可產生平均水平的切（qiē）削力（lì）和（hé）功耗。徑向和軸向（xiàng）切削深度通常等於或（huò）小於刀具直徑。