减薄切屑的高进给粗铣加工技术

粗铣加工的目标是以最短的时间从工件上切除尽可能多的金属材料。虽然材料去除率的大小主要取决于加工机床的有效功率(马力),但是,通过采用径向减薄切屑厚度的方法,即使在一台小功率的机床上,仍然可以实现生产率的最大化和保持加工要求的切削条件。

径向切屑减薄(radialchipthinning)是铣削所采用的径向切削宽度(WOC)ae小于铣刀直径的25%时所产生的一种效应。随着径向切削宽度的减小,基于设计每齿进给量fz的切屑厚度也将随之变薄,从而导致实际每齿进给量fz减小,而fz的减小会使刀具与工件表面发生刮擦而无法切入工件,因此当径向切深减小时需要增大每齿进给量fz。采用减薄径向切屑厚度的高进给铣削方式(见图1)可以缩短加工时间,延长刀具寿命。

图1减薄切屑的高进给粗铣加工

刀具主偏角的变化

刀具的主偏角是实现切屑减薄最重要的因素。当采用较平的刀具主偏角χ时,刀具以90°主偏角开始切入,随着切削的进行,主偏角逐渐减小,切屑厚度h也随之减小。

在加工某一类特定的工件材料时,为了获得最佳的切屑厚度,需要采用不同的切削参数。编制CNC加工程序时需要输入的每齿进给量可用以下公式计算:fz＝h/sink。针对某一类工件材料给出的h值有一个数值范围,其中较小的数值为切削始点的切屑厚度值。在机床功率达50hp的加工中心上铣削加工铝或非铁族合金时,推荐的切屑厚度范围为h＝0.002″～0.003″(0.051～0.076mm)；加工不锈钢、铝合金和耐热超级合金时,推荐的切屑厚度范围为h＝0.003″～0.006″(0.076～0.152mm)；加工钢、铸铁和球墨铸铁时,推荐的切屑厚度范围为h＝0.006″～0.010″(0.152～0.254mm)。如果采用大于推荐值的切屑厚度,则要冒刀片过载和切削刃崩损的风险。

无论刀具主偏角为90°、60°、45°、30°或更小,切屑厚度将始终保持不变,只有圆形铣刀或纽扣铣刀所使用的圆刀片例外(见图2)。由于圆刀片的顶部无几何刃型,加之倒棱极小,因此其切削刃的强度最高。

a_p—切削深度 b—切屑长度 f_z—每齿进给量 h—切屑厚度 r—半径 k—主偏角
图2 具有不同主偏角(90°～30°)的刀片切削截面形状(图右为圆刀片)

与直刃刀片不同的是,圆刀片切出的切屑厚度将随着切削深度的增加而增大。因此,可采用平均切屑厚度hm来表示圆刀片的切削厚度。hm值是根据通过刀具直径的圆刀片与工件径向接合处的切屑厚度来确定的。对于不同类型的工件材料,典型的hm值选取范围与上述h值的选取范围相同。

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