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銑削加工的新發展

2024-5-16 來源：伊斯卡作者：技術經理 Andrei Petrin

現代銑削作為金屬切削方（fāng）法（fǎ），起源於18世紀後期（qī），並迅速成為主要的加工技術之一。如今（jīn），我（wǒ）們很難（nán）想象一個沒有銑床的機械加（jiā）工（gōng）車間。可見銑削是加工製造中必不可少的工（gōng）序。

當今（jīn），我們正在見證製造業的重大變化，這將（jiāng）對銑削的發展方向產生深遠的影響。這些變（biàn）化是由多種因素驅動的，例如通過精密鑄造和鍛（duàn）造提高金屬成型的（de）精度、3D打印技術的廣泛使用、對新型複合材料和（hé）燒結材料的使用量與日俱增、提高高溫合金和鈦合金材料（liào）零件（jiàn）的生產率的需求，以及汽車行業（yè）對電動汽車（chē）和混合動力汽車的關注，促成了這些變化。此外，多軸機床（chuáng）的進步為複雜零件的精密加工開辟了新的可能性（xìng），並催生了（le）新的用以（yǐ）提高生產率的切削方式。在現代（dài）的加工技術中，一個趨勢是顯著減少銑削加（jiā）工的餘量，提高工（gōng）件表（biǎo）麵質量和精度。

因此，銑削的進步是（shì）由人們對於銑（xǐ）削加工的更高生產率、更高精度和可持續發展的需求來驅動的。銑削加工的主要發展可以概括如下:

1.快速去除金屬的重點是提高金屬去除率(MRR)，通過顯著提高切削速度或每齒進給量來實現更高的生產率。這是通過高速銑削(HSM)，以及（jí）在粗（cū）加工（gōng）中的大進給銑削(HFM) 等技（jì）術實現的。

2.精密銑削可實現更高的加工精度。

3. 多軸銑削的特點是利用多軸加（jiā）工機床來實現複雜的銑削加工。

4.自適應銑削旨在（zài）開發智能銑削係統（tǒng），以適應加工過程中不斷變（biàn）化的條件。

5.可持（chí）續發展的銑削旨在（zài）減少銑削作業對環境的影響。它涉及環保切削液的（de）開發，材料的回收和再利用，以及節能機床和銑刀（dāo）的使用。

上述方麵的發展離不開幾個（gè）關鍵部分的協同作用，即機床，切削刀具和計算機輔助工程（chéng）(CAE)係（xì）統。例如，高速銑削需要能夠滿（mǎn）足極高轉速的機床技術，以及銑刀先進（jìn）的基體材料和塗層技術。同時，提高銑削加工的精度不（bú）僅需要銑刀有更高精度的公差，還需要改進控製係統和直（zhí）線電機驅動。在多軸銑削的情況下，突破之處在於增加了可控製的運動軸，以及采用合適的銑刀切削幾何（hé）形狀。另一方（fāng）麵，自（zì）適應銑削結合了創新，如使用最先進的監控（kòng）係統、高靈敏（mǐn）度傳感器和高效算（suàn）法，以實時優化（huà）切削數據和刀（dāo）具路徑（jìng）。此外，可持續發展（zhǎn）的（de）進步需要（yào）節能的銑削方式，包括采用合適的機床、切削刀具（jù）和環保的（de）冷卻技術。

可轉位（wèi）銑削（xuē）刀具反映了銑削方式的進步，其特點（diǎn）是在加工中采（cǎi）用可換切削刀片。

a)優化刀片的材質（zhì）是一（yī）個不斷的過程，改進可轉位銑刀刀片的材質，包括開發先進的硬質合（hé）金牌號、陶瓷和超（chāo）硬切削材料。

b)塗層技術的發展：不（bú）斷研發新的塗層，以提高（gāo）耐磨（mó）性和耐熱性，同時增強潤滑性。

c)應用優化幾何（hé）外形的銑刀和刀片來完（wán）成銑削加工，在（zài）銑削過程中可以減少切削力以及控（kòng）製切屑形狀和排屑方向。

d)有效利用刀具刀（dāo）片材料，包（bāo）括采用智能刀片（piàn）設計，在不降低切削性能的情況下提供最大（dà）的可轉位（wèi）切削刃。

此外，智能製造要求將數字化結合到銑削操作和（hé）銑削刀具中。就銑削刀具而言，數字孿生和適合的軟件應用（yòng）程序已經（jīng）成為一套綜合刀具體係的“標配”。

那麽刀具製造商應如（rú）何應對這（zhè）一挑戰？哪些銑刀解決方案能（néng）夠（gòu）順應（yīng）新興的趨勢？人們通（tōng）常認為，切削刀具的生產在金（jīn）屬加工中是較為保守的部分，那麽它是否可以及時響應（yīng）金屬加工領域當前的需求？伊斯卡近期的發展深入解答（dá）了上述這些疑問（wèn）。

高（gāo）速擺（bǎi）線銑削方法包括沿著曲線刀具路徑保持恒定的切（qiē）削刃載荷，從而避免加（jiā）工過程中載荷突（tū）然出現峰值。這種加工方式對於銑削深槽、凹槽（cáo）和型腔是非常有效（xiào）的，特（tè）別是在加（jiā）工穩定性較低的情（qíng）況下。此外，在處理硬（yìng）鋼或高溫合金(HTSA)等（děng）難加工（gōng）的材料（liào）時，擺線銑削的加工效果十分顯著。

CHATTERFREE EC-E7/H7-CF是一個新的多刃整體硬質合金立銑刀係列，可以用於擺線銑削。該係列的幾何設（shè）計包（bāo）括變螺旋角和不等齒距，以提高動態性能。這些立銑刀有一係列的切削長徑比可供選擇。(圖（tú）1)

圖1 -用於擺線銑削的七刃整體硬（yìng）質合金立銑刀的設計采用了抗振（zhèn）的設計概念，以減少振動強度。

得益於現代化的（de）機床，在極高的主軸轉速下（最高轉速可（kě）達33000轉（zhuǎn））也可以對鋁合金材料零（líng）件進行高效銑削。為應對這一加工挑戰，伊斯卡研發（fā）了90°可轉位銑（xǐ）刀，可容納大尺寸刀片，切削深度可達22 mm(.870”)。該刀具經專門設計，可防止在（zài）高速旋轉過程中（zhōng）產生（shēng）的高離心（xīn）力而導致（zhì）的（de）刀片徑向位移。(圖2)

圖2 -可轉位銑（xǐ）刀，用於在極高切削速度下加工鋁，專門設計用於抵抗（kàng）由於高離心（xīn）力而可能產生的刀片徑向位移。

大（dà）進給銑削(HFM)已成為一種被廣（guǎng）泛（fàn）采用的方法，用（yòng）來對平（píng）麵和複雜型麵進行高效（xiào）粗加工。伊斯卡提供廣泛的HFM產（chǎn）品，以滿足各種加（jiā）工應用的需求。近期，該係列又添加了（le）新的產品。LOGIQ-4-FEED係列HFM刀（dāo）具設計有特別的螺旋切削刃，現在（zài）還新增有更大尺寸刀片的刀具。這些新產品大（dà）大拓寬了刀具的應用範圍（wéi），特別是在模具行（háng）業對大尺寸型腔進行大進給銑削（xuē）的（de）應（yīng）用。另一個新產品是NEOFEED，一個帶（dài）雙麵方形刀片的HFM刀具係列，擁有8個切削刃，以降低加工成本。(圖3)

圖3 -在加工模具型（xíng）腔時，使用帶螺旋切削刃的（de）LOGIQ-4-FEED銑刀能夠提高大進給銑削能力。

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多軸機床和CAD/CAM係統的（de）進步推動了弧形銑刀和鼓形銑刀的使用，用最小的加工餘量對複雜的形狀進行精（jīng）密銑削。這（zhè）個產品係列包含三種不同的結構：整體（tǐ）硬質合金（jīn）， MULTI-MASTER可換刀頭（tóu）和單（dān）刀片設計(圖（tú）4)。

圖4 -伊斯卡的鼓形立銑刀包（bāo）含了三種不同的設計理念。

當銑（xǐ）削高溫合金(HTSA)時，使用陶瓷（cí）材質能（néng）夠大幅提高切（qiē）削速度。且切削速度可達1000m /min (3300 sfm)。伊斯卡最新的陶瓷刀（dāo）具包括（kuò）整體（tǐ）陶瓷立（lì）銑刀和（hé）帶雙麵圓形陶瓷刀（dāo）片的可轉位銑刀。雙麵刀片（piàn）的設計旨在最大限度地利用陶瓷牌號，如“黑（hēi）色”陶瓷、晶須（xū）增強（qiáng）陶瓷和SiAlON(一種氮化矽基陶瓷)。

上述這些例子完美闡述了銑削刀具的主要發展方向。新需求的出現，需要新的解決（jué）方案來應對，而這些新的挑戰將推動對創新刀具設計的探索。

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