铣槽加工与槽铣刀

【编者按】众所周知，对于许多专业术语，不同的人有不同的理解。“铣槽”这个词就是如此。铣槽与铣缝或开槽等术语之间的差异很难明确界定，基本上就是一回事。对刀具厂商来说，槽刀就是切削速度和进给率比传统开槽刀具更高的专业刀具。

众所周知，对于许多专业术语，不同的人有不同的理解。“铣槽”这个词就是如此。

号恩(HORN)美国公司销售经理Duane Drape认为，“名词术语经常混淆不清。‘铣槽(groove milling)’与‘铣缝(slot milling)’或‘开槽(slitting)’等术语之间的差异很难明确界定。”

山特维克可乐满(Sandvik Coromant)应用与开发项目协调人William Durow也认为，“铣槽”与“铣缝”和“开槽”基本上就是一回事。该公司提供全系列的CoroMill可转位刀片式槽铣刀。

瓦格斯(Vargus)美国公司产品经理Michael Trimble表示，“对我们来说，槽铣刀就是切削速度和进给率比传统开槽刀具(如半圆铣刀)更高的铣槽刀具。”

车槽与铣槽

工件上的沟槽可以通过车削或铣削方式加工。伊斯卡(Iscar)公司GRIP产品经理Matthew Schmitz说，“如果能在车床上加工沟槽，你最好这样做。几乎在每种情况下，铣削沟槽都要比车削同样的沟槽花费更多时间。”该公司提供的TANG、GRIP、CHAMSLIT和MULTI-MASTER系列刀具产品中也包括各种槽铣刀。

Schmitz还指出，如果被加工沟槽形状不同于常见的平行槽壁，铣槽加工将变得更困难，而且可能需要成本更高的专用槽铣刀。他说，“只有在少数情况下，应该考虑用铣槽来替代车槽。这些因素包括工件的形状或尺寸、车间的加工能力、控制切屑的需要、为了取消额外的加工设备，以及在无需增加设备的情况下控制工件特征的尺寸公差。” 此外，Schmitz认为，由于车槽加工采用单点切削刀具，因此其加工精度比铣槽更高。

Drape并不完全赞同车槽精度更高的观点，他认为这要取决于具体的加工。但他指出，“铣槽是使用旋转刀具，因此加工表面上有较多的圆齿型刀痕。”

此外，铣槽是一种断续切削，切屑通常能分断为易于处理的短屑。而车槽属于连续切削，会形成不易处理的长条形切屑。

整体式与刀片式槽铣刀

整体硬质合金槽铣刀是在刀柄前端用螺钉固定一个可更换的刀头(或刀片)。刀片式槽铣刀则是采用安装在刀体上刀座中的可转位刀片。

Drape说，“根据加工直径要求，我们可以提供整体式和刀片式槽铣刀。刀片式槽铣刀可能不适合加工小内径孔中的沟槽。我们通常在直径超过10mm时才会采用刀片式槽铣刀。”

随着直径的增大，整体硬质合金刀具的成本也会逐渐增大，因此，大直径沟槽是刀片式槽铣刀的“用武之地”。Draped补充说，“使用刀片式槽铣刀可能遇到的问题是，其加工精度可能没有整体硬质合金槽铣刀高，这是因为刀片式铣刀上有可更换部件，因此不可能保持与整体式铣刀相同的精度。”

瓦格斯公司的Trimble指出，当直径足够大时，可转位刀片式槽铣刀具有更好的经济性。比如说，整体硬质合金槽铣刀的价格为150美元，刀片式槽铣刀的刀体价格也是150美元，有3个或6个刀齿的可更换刀头(刀片)价格为25美元。如果整体式和刀片式槽铣刀都可以加工1,000个槽，那么从长期来看，整体硬质合金槽铣刀的使用成本更高，因为一旦刀具磨损，用户就必须再购买一把全新的刀具(瓦格斯公司不建议对磨损的槽铣刀进行重磨)。如果使用刀片式槽铣刀，用户只需每次支付25美元更换一个刀头即可。该公司提供Groovex系列整体硬质合金和可转位刀片式槽铣刀。

无论是整体式还是刀片式槽铣刀，都能加工简单的直线槽和圆周槽——槽底为矩形或半圆形的凹槽(如用于安装孔用弹簧挡圈或O形圈的槽)。

由于刀片式槽铣刀可以更换刀头或刀片，因此在材质牌号和几何形状上具有更大的灵活性。此类刀具可用于铣削斜槽、倒角、切断以及铣削齿廓、半圆键槽和T型槽等多种加工。

槽铣刀还能用于铣削螺纹。Drape说，“铣削螺纹实际上就是铣削螺旋槽。螺纹就是一种槽壁倾斜60°、55°或30°，沿着工件圆周螺旋上升的槽，虽然需要用不同形状的刀具加工，但其加工原理与铣槽是相同的。”

锯片铣刀与切口铣刀

锯片铣刀通常用于加工深度约为几英寸的矩形窄槽。Drape说，“这种铣刀加工的槽深通常大于槽宽。”

为了区分锯片铣刀(slitting cutter)与切口铣刀(slotting cutter)，伊斯卡公司解释了二者的区别：锯片铣刀是一种薄片型铣刀，其上安装的刀片与车削加工常用的切断刀片或车槽刀片类似；切口铣刀也是一种薄片型铣刀，但其上安装的刀片与常见的铣刀片类似。据该公司介绍，锯片铣刀通常用于加工宽度小于6.35mm的窄槽，而切口铣刀可加工的槽宽范围更广一些。不过，两者的加工范围可能会有一些重叠。

Schmitz说，“由于锯片铣刀相当昂贵——其上需要安装许多价格不菲的刀片，因此只有在确有必要时才会使用它。但对于那些既长又深的槽，用锯片铣刀(而不是切口铣刀)进行加工可能具有更好的经济性。”例如，一把直径为150mm的锯片铣刀上装有12枚单刃刀片，每枚刀片的价格为14美元，即刀片总价为14×12=168美元。如果刀体价格为800美元，则该锯片铣刀的成本接近1,000美元。一把直径150mm的切口铣刀上装有16枚四刃刀片，每刃成本约为4.30美元，刀片总价为4.30×16=68.80美元；刀体价格约为1,500美元。虽然切口铣刀的初始购买成本较高，但与锯片铣刀相比，切口铣刀每次刀片转位的成本要低100美元。而在本例中，切口铣刀上只有一半刀齿是有效刀齿。换句话说，只有8个有效切削刃(对置刀片)，与对应的锯片铣刀相比，加工效率要低20%。此外，与对应的锯片铣刀相比，切口铣刀能够承受的切屑负荷相对较小。

Schmitz说，“因此，你始终需要权衡锯片铣刀与切口铣刀的优势和劣势，看哪种刀具最适合自己的加工条件。长期来看，锯片铣刀的刀具成本可能更高一些，但有些用户认为，由于提高了切削性能，增加的刀具成本物有所值。另一些用户为了降低总的刀具成本，则宁愿牺牲一部分加工性能。”

排屑问题

排屑是任何金属切削加工都不容忽视的问题，在铣槽加工中更是至关重要，因为铣槽时切屑更容易卡在槽中，并被刀具二次切削。不过，通过对槽铣刀的优化设计，有助于提高其排屑性能。

槽铣刀采用错齿结构设计可以帮助断屑。Schmitz表示，“我们的切口铣刀采用了对置刀片设计。因此，如果铣刀上有10枚刀片，其中只有5枚刀片是有效切削刃。当一枚刀片铣削沟槽顶面时，它后面的那枚刀片则反向切削底部槽壁。与用单一宽度刀片加工相比，这种刀片设置方式除了有助于断屑外，还可以加工出更窄的槽，并能提高排屑性能。”

一般来说，切口铣刀的切削刃与槽壁呈90°直角。这种切削角度会迫使切屑流入槽的侧壁。伊斯卡的槽铣刀将90°切削角改为70°或60°切削角，从而可使切屑转向离开槽壁，避免了损害槽壁表面质量。

此外，目前大部分槽铣刀都具有内冷却功能，可以利用冷却液冲走切屑。

铣削深槽可能也颇具挑战性。Schmitz说，“当沟槽深度增加时，需要成倍增大铣刀直径。如果槽深增加25mm，则铣刀直径至少需要增大50mm。”

山特维克可乐满的Durow指出，加工耐热高温合金(如Inconel合金)时，会产生大量切削热。他说，“当你切削既深又窄的沟槽时，切削热‘无路可走’，只能传入刀具之中，这不可避免地会使刀具性能恶化、寿命难以预测。你需要采用小切深多次走刀的方式——每次走刀的切深至少为刀具直径的15%－25%——直至达到要求的槽深。这种加工方式有助于防止切削热传入刀具。”

铣槽加工技巧

进给率的控制在铣槽加工中至关重要。Schmitz说，“采用多大的进给率在很大程度上取决于槽宽和刀具宽度。如果被加工的槽很窄，就必须考虑槽铣刀是否具有足够的强度和刚度。”

Durow指出，用圆弧插补方式铣槽时，如果是加工内径槽，就需要减小进给率；如果是加工外径槽，则需要增大进给率。他说，“内径槽与外径槽的加工编程有一些不同之处。必须基于刀具的中心线进行编程。要了解切屑变薄的危险性，并据此编制出确保铣刀进给率既不过大也不过小的加工程序。”

对于孔中的内部沟槽铣削，编程进给率通常采用内孔中心处的进给率。按内孔圆周处计算出的进给率与其不一样，而它对于槽铣刀来说往往偏高，因此应酌情降低。

至于外部沟槽铣削，情况正好相反：按圆周处计算出的进给率对槽铣刀来说往往偏低，因此应适当予以提高。

伊斯卡的Schmitz指出，铣槽时，刀齿应始终保持吃刀状态。他说，“机床主轴最好一直处于承载状态，这对任何铣削加工都适用。如果铣削过程中主轴有时处于空载状态，就可能出现主轴抖动现象(通常还伴随着切削时发出的锤击声)，从而造成主轴损坏，并导致刀具失效。因此，在铣削浅槽时，最好使用齿间距较小的铣刀。这样可使铣刀始终保持承载状态。”

最后，号恩公司建议，为了达到最大切深，可以45°-180°的坡铣角开始切削。如果槽铣刀直接径向切入，就会形成较长的接触角，从而引起振动。Drape说，“用铣刀直接切至全槽深是最快的加工方式，但这样做会导致工件发生颤振。因此，我们建议，铣刀从开始切入工件直至达到全槽深，在工件直径上走刀的长度不应小于90°(即1/4周)。如果由于其他因素(如夹具刚性不足或刀具悬伸太长)，仍然存在颤振现象，则可将达到全槽深的走刀距离延长到180°甚至360°。这样做实际上减轻了工件承受的压力，有助于消除颤振。”

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