高效率銑削的另一個方向:插銑
刀具的創(chuàng)新以及CAM編程的新技術(shù)使插銑技術(shù)成為一種更為流行的加工方法。
一般來說,插銑技術(shù)一直是粗加工應(yīng)用領(lǐng)域中的一種加工方法。在采用現(xiàn)代技術(shù)進行粗加工的過程中,可以有很多種方法完成對一個工件的粗加工,包括從使用普通方法的“Z”水平加工(采用低進給速度,切削深度大)到高速/高進給方法(采用切削深度小,高進給速度)加工。由于編程、功率消耗等多種原因,在通常情況下,只有當(dāng)其他方法證明無效或出現(xiàn)問題時,才會轉(zhuǎn)而采用插銑技術(shù)。
最新的刀具創(chuàng)新以及CAM編程新技術(shù)使插銑技術(shù)成為一種更為流行的加工方法,特別是在老式的機床上加工,因為這類機床缺乏高速進給操作的功能。
插銑的CAM編程
插銑加工中碰到的主要問題是編程。插銑應(yīng)用領(lǐng)域中刀具路徑的生成是一個冗長而乏味的過程,因為大部分CAM軟件包缺少適合用戶的選項,包括適應(yīng)各種工件幾何形狀的能力(2D、3D等)和適應(yīng)各類型銑刀的能力(側(cè)面切削、中心切削等)。
側(cè)面插銑一項重要的編程技術(shù)是在每一個切入處的底部能夠產(chǎn)生某種形式的角向收縮(如圖1)。當(dāng)施加于橫向切入的作用力將其從零件推開時,這一角向收縮就變得十分必要。那么下一步將可能發(fā)生什么情況呢?沒有這一角向收縮鑲刀片就會出現(xiàn)問題,因為當(dāng)?shù)毒呖焖匐x開零件時會與工件發(fā)生互相干擾。
圖1 鑲刀片有四個切削刃,在刀具正面的切線方向上夾緊,形成一個平面。這有利于在加工過程中形成一個正向刀面,以降低切削負荷
刀具設(shè)計的改進
在側(cè)向切削應(yīng)用領(lǐng)域中,施加于刀具上的作用力將會使刀具從工件上被推開。刀具的偏移量則取決于多種因素:如進刀深度、進給速度和機床的剛性。刀具和鑲刀片的幾何形狀也將極大地影響這些作用力,這是新型側(cè)向切削刀具的一項最新改進(如圖2)。
圖2 一種新型側(cè)向切削銑刀,其鑲刀片采用獨特的切向夾緊方法,專門應(yīng)用于長懸臂加工,其彎曲力極小
復(fù)雜碳化物硬質(zhì)合金鑲刀片的壓制成型工藝,為開發(fā)新型銑刀創(chuàng)造了條件,采用這種銑刀使其所使用的切削力較小,因此降低了刀具的偏移誤差。在大部分情況下,采用這種新技術(shù)就不需要在每一切入處的底部制造45°退縮角,而且編程也更加容易,因此可允許機床在鉆削加工時采用事先錄入的程序(G81、G85),特別適合于簡單的雙工件幾何圖形加工。
當(dāng)然,在加工過程中也會不可避免地產(chǎn)生某些彎曲力,而且在收縮運動時,鑲刀片會接觸少量的材料。因此應(yīng)在超前角上增加副后角,這有利于刀具/鑲刀片能夠在收縮過程中處理少量的材料(如圖3)。
圖3 在側(cè)向進給切削加工中有一項重要的編程技術(shù),它可使刀具在切削以后以一定的角度退出
插銑的優(yōu)點
按照一定的間隔時間將工件從頂部到底部加工(例如“Z”水平粗加工)是粗加工當(dāng)中最普遍使用的一種方法。最近,能夠進行高速/進給加工的機床和刀具提高了“Z”水平粗加工的生產(chǎn)效率。
當(dāng)工件的幾何形狀、機床或工件的夾緊方法限制了機床恒定的高速進給操作能力時(有時候其操作進給速度可達到200~300in/min),采用這種方法就會有一定的局限性。當(dāng)發(fā)生以上任何一種情況時,采用插銑就會體現(xiàn)出以下各項優(yōu)點:
1.進刀量恒定不變
在采用Z水平加工方法時,切屑負荷(IPT)隨著徑向和軸向接觸情況的變化而增減。當(dāng)采用橫向切削加工時,盡管徑向接觸和跨距會發(fā)生一些變化,但仍可保持切屑負荷恒定不變。
2.優(yōu)化刀具路徑
一般來說,如與Z水平加工方法比較,插銑加工是一種更為直接的加工方法,加工特定面積所需的運動較少(加工線性英寸)。當(dāng)碰到需要多變的X、Y軸方向加工的情況時(例如加工帶有支柱的隱窩),這將成為一種特別的情況。
3.優(yōu)化機床
插銑加工能夠以相對較低的進給速度(一般為50r/min以上)切削大量的加工材料。該加工方法對使用老式機床的加工車間而言,其金屬的切削速度可以與采用高速加工方法的較新機床相媲美,有時甚至超過這些較新的機床。
處理間斷式切削條件
在許多情況下,當(dāng)碰到間斷式切削條件時,會迫使人們降低切削參數(shù),以減少或消除切屑造成鑲刀片破裂。插銑似乎更有利于滿足這些條件,并且獲得更加穩(wěn)定的結(jié)果。在切削過程中,這一切應(yīng)該歸因于材料軸向切削的方法以及每個齒所保持的恒定切屑負荷。
切削力的處理
插銑的軸向力一般允許采用強力加工操作參數(shù),不必過分關(guān)注工件的移動。
先進的壓制技術(shù)為開發(fā)能夠降低切削力的新型刀具創(chuàng)造了條件,這種刀具的設(shè)計比較結(jié)實,并能更好地使用制造刀具的碳化物原材料,可節(jié)約資金。加工車間在普遍學(xué)會橫向切削加工技術(shù)以后,可根據(jù)各種應(yīng)用領(lǐng)域和材料,以較大的金屬切削速度,提高他們的工作效率,以及提高老式機床的生產(chǎn)能力。
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