插铣:高效率铣削新方向

刀具的创新以及CAM编程的新技术使插铣技术成为一种更为流行的加工方法。

一般来说,插铣技术一直是粗加工应用领域中的一种加工方法。在采用现代技术进行粗加工的过程中,可以有很多种方法完成对一个工件的粗加工,包括从使用普通方法的“Z”水平加工(采用低进给速度,切削深度大)到高速/高进给方法(采用切削深度小,高进给速度)加工。由于编程、功率消耗等多种原因,在通常情况下,只有当其他方法证明无效或出现问题时,才会转而采用插铣技术。

最新的刀具创新以及CAM编程新技术使插铣技术成为一种更为流行的加工方法,特别是在老式的机床上加工,因为这类机床缺乏高速进给操作的功能。

插铣的CAM编程

插铣加工中碰到的主要问题是编程。插铣应用领域中刀具路径的生成是一个冗长而乏味的过程,因为大部分CAM软件包缺少适合用户的选项,包括适应各种工件几何形状的能力(2D、3D等)和适应各类型铣刀的能力(侧面切削、中心切削等)。

侧面插铣一项重要的编程技术是在每一个切入处的底部能够产生某种形式的角向收缩(如图1)。当施加于横向切入的作用力将其从零件推开时,这一角向收缩就变得十分必要。那么下一步将可能发生什么情况呢？没有这一角向收缩镶刀片就会出现问题,因为当刀具快速离开零件时会与工件发生互相干扰。

刀具设计的改进

在侧向切削应用领域中,施加于刀具上的作用力将会使刀具从工件上被推开。刀具的偏移量则取决于多种因素:如进刀深度、进给速度和机床的刚性。刀具和镶刀片的几何形状也将极大地影响这些作用力,这是新型侧向切削刀具的一项最新改进。

复杂碳化物硬质合金镶刀片的压制成型工艺,为开发新型铣刀创造了条件,采用这种铣刀使其所使用的切削力较小,因此降低了刀具的偏移误差。在大部分情况下,采用这种新技术就不需要在每一切入处的底部制造45°退缩角,而且编程也更加容易,因此可允许机床在钻削加工时采用事先录入的程序(G81、G85),特别适合于简单的双工件几何图形加工。

当然,在加工过程中也会不可避免地产生某些弯曲力,而且在收缩运动时,镶刀片会接触少量的材料。因此应在超前角上增加副后角,这有利于刀具/镶刀片能够在收缩过程中处理少量的材料。

插铣的优点

按照一定的间隔时间将工件从顶部到底部加工(例如“Z”水平粗加工)是粗加工当中最普遍使用的一种方法。最近,能够进行高速/进给加工的机床和刀具提高了“Z”水平粗加工的生产效率。

当工件的几何形状、机床或工件的夹紧方法限制了机床恒定的高速进给操作能力时(有时候其操作进给速度可达到200~300in/min),采用这种方法就会有一定的局限性。当发生以上任何一种情况时,采用插铣就会体现出以下各项优点:

1.进刀量恒定不变

在采用Z水平加工方法时,切屑负荷(IPT)随着径向和轴向接触情况的变化而增减。当采用横向切削加工时,尽管径向接触和跨距会发生一些变化,但仍可保持切屑负荷恒定不变。

2.优化刀具路径

一般来说,如与Z水平加工方法比较,插铣加工是一种更为直接的加工方法,加工特定面积所需的运动较少(加工线性英寸)。当碰到需要多变的X、Y轴方向加工的情况时(例如加工带有支柱的隐窝),这将成为一种特别的情况。

3.优化机床

插铣加工能够以相对较低的进给速度(一般为50r/min以上)切削大量的加工材料。该加工方法对使用老式机床的加工车间而言,其金属的切削速度可以与采用高速加工方法的较新机床相媲美,有时甚至超过这些较新的机床。

处理间断式切削条件

在许多情况下,当碰到间断式切削条件时,会迫使人们降低切削参数,以减少或消除切屑造成镶刀片破裂。插铣似乎更有利于满足这些条件,并且获得更加稳定的结果。在切削过程中,这一切应该归因于材料轴向切削的方法以及每个齿所保持的恒定切屑负荷。

切削力的处理

插铣的轴向力一般允许采用强力加工操作参数,不必过分关注工件的移动。

先进的压制技术为开发能够降低切削力的新型刀具创造了条件,这种刀具的设计比较结实,并能更好地使用制造刀具的碳化物原材料,可节约资金。加工车间在普遍学会横向切削加工技术以后,可根据各种应用领域和材料,以较大的金属切削速度,提高他们的工作效率,以及提高老式机床的生产能力。

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