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模具加工如何選擇合適的銑刀和銑削方式？
選擇合適的銑削刀具，在面銑加工中采用滾動(dòng)切入法，以及在條件適合時(shí)用銑刀進(jìn)行孔加工，制造商可以在無需投資購買新設(shè)備的情況下，大幅提高生產(chǎn)能力，提高加工效率而節(jié)省大量時(shí)間和成本。
在選擇適合加工任務(wù)的銑刀時(shí)，必須考慮被加工零件的幾何形狀、尺寸和工件材質(zhì)的各種問題。
銑刀主偏角
主偏角為切削刃與切削平面的夾角。主偏角對(duì)徑向切削力和切削深度影響很大。徑向切削力的大小直接影響切削功率和刀具的抗振性能。
銑刀的主偏角越小，其徑向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也隨之減小。
在銑削帶方肩的平面時(shí)選用 90°主偏角。該類刀具通用性好，在單件、小批量加工中選用。由于該類刀具的徑向切削力等于切削力，進(jìn)給抗力大，易振動(dòng)，因而要求機(jī)床具有較大功率和足夠的剛性。
在加工帶方肩的平面時(shí)，也可選用88°主偏角的銑刀。較之90°主偏角銑刀，其切削性能有一定改善。90°方肩銑刀進(jìn)行平面銑削的情況也十分常見。在某些情況下，這 種選擇有其合理性。銑削的工件形狀不規(guī)則，或鑄件表面會(huì)導(dǎo)致切深量發(fā) 生變化，方肩銑刀可能是最佳選擇。但在其他情況下，選用標(biāo)準(zhǔn)的45° 面銑刀可能會(huì)獲益更多。
當(dāng)銑刀的切入角小于90°時(shí)，由于切屑變薄，軸向切屑厚度會(huì)小于 銑刀的進(jìn)給率，則銑刀切入角將對(duì)其適用的每齒進(jìn)給量產(chǎn)生很大的影響。
在面銑加工中，切入角為45°的面銑刀會(huì)使切屑變得更薄。隨著切入角的減小，切屑厚度會(huì)小于每齒進(jìn)給量，而這反過來可以使進(jìn)給率提高到原來的1.4倍。 45°主偏角銑刀的徑向切削力大幅度減小，約等于軸向切削力，切削載荷分布在較長(zhǎng)的切削刃上，具有很好的抗振性，適用于鏜銑床主軸懸 伸較長(zhǎng)的加工場(chǎng)合。用該類刀具加工平面時(shí)，刀片破損率低，耐用度高; 在加工鑄鐵件時(shí)，工件邊緣不易產(chǎn)生崩刃。
銑刀尺寸選擇
標(biāo)準(zhǔn)可轉(zhuǎn)位面銑刀直徑規(guī)格為Φ16～Φ630mm。銑刀的直徑應(yīng)根據(jù) 銑削寬度、深度選擇，一般銑前深度、寬度越大，銑刀直徑也應(yīng)越大。粗銑時(shí)，銑床銑刀直徑要小些;精銑時(shí)，銑刀直徑要大些，盡量包容工件整 個(gè)加工寬度，減小相鄰兩次進(jìn)給之間的接刀痕跡。
在對(duì)大型零件進(jìn)行面銑加工時(shí)，都是使用直徑較小的銑刀，這就為提高生產(chǎn)率留下了很大余地。在理想情況下，銑刀應(yīng)有70%的切削刃參與切削。 用銑刀銑孔時(shí)，刀具尺寸變得尤為重要。相對(duì)于孔徑而言，銑刀的直徑太小，則加工時(shí)可能會(huì)在孔的中心形成 一個(gè)料芯。當(dāng)料芯落下時(shí)，可能會(huì)損壞工件或刀具。銑刀直徑過大，則會(huì)損 壞刀具本身和工件，因?yàn)殂姷恫辉谥行那邢鳎赡軙?huì)在刀具底部發(fā)生碰撞。
銑削方式選擇
改進(jìn)銑削加工的另一種方式是優(yōu)化面銑刀的銑削策略。在對(duì)平面銑削進(jìn)行加工編程 時(shí)，用戶必須首先考慮刀具切入工件的方式。通常，銑刀都是簡(jiǎn)單地直接切入工件(圖 1)。這種切入方式通常會(huì)伴隨很大的沖擊噪聲，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)镀顺銮邢鲿r(shí)，銑刀所產(chǎn)生的切屑最厚所致。由于刀片對(duì)工件材料形成很大的沖擊，往往會(huì)引起振動(dòng)，并產(chǎn)生會(huì)縮短刀具壽命的拉應(yīng)力。
圖1 面銑刀直接切入工件會(huì)引起振動(dòng)和產(chǎn)生拉應(yīng)力
圖2 旋轉(zhuǎn)切入法可以減小振動(dòng)和作用于刀具的拉應(yīng)力
一種更好的進(jìn)刀方式是采用滾動(dòng)切入 法，即在不降低進(jìn)給率和切削速度的情況 下，銑刀滾動(dòng)切入工件(圖2)。這意味著銑刀必須順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，確保其以順銑方式進(jìn)行加 工。這樣形成的切屑由厚到薄，從而可以減 小振動(dòng)和作用于刀具的拉應(yīng)力，并將更多切削熱傳入切屑中。通過改變銑刀每次切入工 件的方式，可使刀具壽命延長(zhǎng)1-2倍。為了實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)刀方式，刀具路徑的編程半徑應(yīng) 采用銑刀直徑的1/2，并增大從刀具到工件的 偏置距離。
雖然滾動(dòng)切入法主要用于改進(jìn)刀具切入工件的方式，但相同的加工原 理也可應(yīng)用于銑削的其他階段。對(duì)于大面積的平面銑削加工，常用的編程方式是讓刀具沿工件的全長(zhǎng)逐次走刀銑削，并在相反方向上完成下一次切削。 為了保持恒定的徑向吃刀量，消除振動(dòng)，采用螺旋下刀和滾動(dòng)銑削工件轉(zhuǎn)角相結(jié)合的走刀方式通常效果更好。
圖3 螺旋刀軌有助于消除振動(dòng)和延長(zhǎng)刀具壽命
機(jī)械師們對(duì)振動(dòng)引起的切削噪聲都很熟悉，它通常發(fā)生在刀具切入工件時(shí)，或刀具在吃刀狀態(tài)下進(jìn)行90°急劇轉(zhuǎn)向時(shí)。滾動(dòng)銑削工件轉(zhuǎn)角可以消除這種噪聲和延長(zhǎng)刀具壽命。一般來說，工件的轉(zhuǎn)角半徑應(yīng)為銑刀直徑的75%-100%，這樣可以縮短銑刀的吃刀弧長(zhǎng)和減小振動(dòng)，并允許采用更高的進(jìn)給率。
為了延長(zhǎng)刀具壽命，在面銑加工中，應(yīng)盡量避免刀具從工件上的孔或中斷部位通過(如果可能的話)。當(dāng)面銑刀從工件上一個(gè)孔的中間通過時(shí)，刀具在孔的一側(cè)是順銑，而在孔的另一側(cè)是逆銑，這樣會(huì)對(duì)刀片造成很大沖擊。通過在對(duì)刀具路徑編程時(shí)繞過孔和凹腔，就可以避免發(fā)生這種情況。
順銑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?逆銑
圖4
越來越多的制造商利用銑刀以螺旋插補(bǔ)或圓周插補(bǔ)方式來加工孔。雖然這種方法的加工速度比鉆孔略遜一籌，但對(duì)于許多加工來說卻更具優(yōu)勢(shì)。
在不規(guī)則表面上鉆孔時(shí)，鉆頭可能很難沿中心線鉆入工件，從而導(dǎo)致鉆頭在工件表面發(fā)生偏移。此外，鉆頭每加工25mm的孔徑，就需要大約10馬力的功率，這就意味著，在小功率機(jī)床上鉆孔時(shí)，可能達(dá)不到所需的最佳功率值。此外，某些零件上需要加工許多不同尺寸的孔，如果機(jī)床的刀庫容量有限，采用銑孔方式則可避免機(jī)床因更換刀具而頻繁停機(jī)。
用銑刀銑孔時(shí)，刀具尺寸變得尤為重要。如果相對(duì)于孔徑而言，銑刀的直徑太小，則加工時(shí)可能會(huì)在孔的中心形成一個(gè)料芯(圖5)。當(dāng)該料芯落下時(shí)，可能會(huì)損壞工件或刀具。如果銑刀直徑過大，則會(huì)損壞刀具本身和工件，因?yàn)殂姷恫辉谥行那邢鳎赡軙?huì)在刀具底部發(fā)生碰撞(圖6)。
圖5 銑孔時(shí)采用直徑太小的銑刀會(huì)在孔的中心形成可能會(huì)損壞刀具和工件的料芯
圖6 銑孔時(shí)采用直徑太大的銑刀會(huì)在刀具底部發(fā)生碰撞
為了延長(zhǎng)刀具壽命，在面銑加工中，應(yīng)盡量避免刀具從工件上的孔或 中斷部位通過。當(dāng)面銑刀從工件上一個(gè)孔的中間通過時(shí)，刀具在孔的一側(cè)是順銑，而在孔的另一側(cè)是逆銑，這樣會(huì)對(duì)刀片造成很大沖擊。通過在對(duì)刀具 路徑編程時(shí)繞過孔和凹腔，就可以避免發(fā)生這種情況。
通過選擇合適的銑刀角度，尺寸和進(jìn)刀方式，使刀具以振動(dòng)和拉應(yīng)力最小的方式切入工件材料，并知道在哪種情況下銑孔比鉆孔加工更有效，制造商就能高效率、低成本地將工件毛坯加工成精美的零件。
