最大性能铣削

在过去十年内，端铣出现了多种进展。这些进展包括新的刀具结构设计、韧性极好且耐磨的硬质合金材质，以及可减少机床和刀具振动并缩短加工时间50%以上并延长刀具寿命的刀具路径。

这种金属去除的新方法甚至可用于轻载机床上加工诸如钛和因科镍之类的难加工材料。只要掌握好几条加工的基本原则并用CAM系统来产生必要的刀具路径，此方法适用于几乎所有加工场合。

1、直线刀具路径铣削

在采用高速铣削（maximum-performance milling，MPM）方法以前，制造车间采用传统的铣削方法。这里所说的传统方法并不是指顺铣或逆铣，而是采用中低的进给和切削速度用于重切加工。通常，切削宽度达到刀具直径的80%以上，切削深度达到刀具直径的100%以上。尽管这种传统方法的每次走刀可切除大量材料，但经常会导致刀具刃口的微崩刃，并产生不可预期的结果和缩短刀具寿命。此方法会产生大量的切削热，需要特殊的刀具涂层来应对。对立铣刀来说，需要合理设计刀具的径向前角和芯部直径来实现重切。采用特殊的波纹刃口设计的粗加工立铣刀或玉米铣刀，可用来断屑并减轻重切时的刀具变形。在手动设备如手动卧铣床上，通常采用逆铣的加工方法，即铣刀旋转方向与工件进给方向相反。但这种方法会产生磨刀、变形和热。随着数控加工中心的出现和机床刚性的提升，顺铣得以实现。顺铣加工可增长刀具寿命和提高表面质量，但也会产生振动。振动通常在径向切深为刀具直径的60%-90%时发生。一旦产生振动，前刀面将拍击工件材料，而不是卷屑和断屑。因此顺铣对铣刀和机床的要求都很高。

2、摆线刀具路径铣削

为了应对以上加工情况，机床制造商开发了足够功率和扭矩的刚性机床，在连续重载时可长时间加工。同时，对机床主轴也加以改进，可承受持续载荷。同时，刀柄夹持刀具要可靠，以消除因切削力过高而造成的掉刀现象。由于传统加工方法不属于高速加工，对刀柄的跳动公差不像今天那样要求很高。

3、最大性能铣削

航空产品供应商可能是最先认识到高效加工工艺必要性的厂家。通过优化加工机翼和其它大型平面的余量去除工艺并降低功率消耗，实现了巨大的能源节约。通过优化刀具径向路径，使每次走刀快速进给并切除少量材料。在切削过程中，保持稳定的切削载荷以防止刀具振动和损坏。高效加工的方法之一是直线刀具路径铣削。此方法定义为，采用小径向切深和大轴向切深的刀具，沿工件内部或外部直线运动。顺铣时切屑由厚到薄变化且径向切削轻快，因此可用极大提升进给和切削速度的方法来实现最大性能铣削。这种加工方法可减少切削热和降低切削力。另一种高效加工方法是摆线刀具路径铣削，一种包含向前移动和逐步进刀的圆形铣削。铣刀沿螺线移动，重复层切被加工材料。摆线，一种2D刀具轨迹，也可用来铣槽和开腔，以解决空间狭小处的排屑问题。另外，摆线铣削也可用来清除零件型腔内部粗加工铣刀留下的大圆角。曲线螺线，也称为渐变螺线，是另一种通常用于型腔铣削的2D刀具路径。通过等步距进刀直到加工完成一个零件特征，可减少不必要的刀具加速和减速。对所有的最大性能铣削方法，采用密齿立铣刀可增加进给速度并带来更高的金属去除率。

4、多种方法的混合使用

最大性能铣削的另一种类型用在型腔铣削。型腔铣削通常需要先加工出一个起始孔。可采用钻头钻削或用底齿过中心的立铣刀进行螺旋坡铣加工出起始孔。螺旋坡铣时，立铣刀除沿直径可达自身直径2倍的圆周旋转运动外，还同时沿Z轴向下进刀直到轴向深度。刀具沿圆周既可顺时针运动，也可逆时针运动，从而可产生顺铣或逆铣。所有的最大性能铣削方法可能会用于同一零件的加工，这主要取决于零件的几何特征、排屑，以及现有的CAM系统确定的最适合的加工方法。大芯轴直径立铣刀适用于最大性能铣削，可提高刚性和保证高速进给。刀具铣削时的包角和切深需尽可能保持恒定，并严格禁止在零件拐角处包角过大导致埋刀加工。

5、加工的先决条件

最大性能铣削可有效应用于多种材料的加工。为了正确使用这种加工方法，需要一些先决条件。如前所说，一个优秀的CAM系统就是一个先决条件。生产周期的缩短，是评价一个CAM系统的主要指标。另外，系统的易用性和缩短编程时间也是重要的考量指标。在自有设备上加工出正确的测试件可确保检查CAM系统的工作效能。相对于传统铣削，最大性能铣削的进给速度可提高十倍以上。这样自然会产生一个问题：现有设备是否适合。机床的控制或伺服系统必须快速和精确，以避免拐角处的过度加工或因为数据不足造成加工减速，并导致因进给不够快速引起的刀具磨蚀加工。最大性能铣削的主轴转速较传统加工方法可提高4至5倍，这主要取决于工件材料。当主轴转速超过10000rpm，需采用动平衡良好的刀柄。尽管最大性能铣削的切削力很小，刀具掉刀仍是一个要考虑的问题。因为最大性能铣削在更少的时间内切除更多的工件材料，推荐使用热套、液压夹头或带安全锁的刀柄，不推荐使用侧固刀柄。可以发现，甚至老式的机床设备也可用于最大性能铣削。一旦满足最大性能铣削的所有要素，就可以按以下步骤开始工作：测试—文档编制—加工工艺制定。

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