铣削发展展望及面临的挑战

HEATS · 发表于 2010-9-12 10:30:01

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　　方肩面铣在当今铣削工序中所占的比重最大。同样，在生产效率、可靠性以及质量水平方面的持续改进也拥有巨大的潜力。在许多需要进行端面、边缘和槽切削的立铣应用中，可以经常采用方肩面铣的方式。几乎每个生产企业的加工车间都或多或少需要执行其中某种形式的工序，并且应用次数也在不断增长中。

　　目前，在改进这些铣削工序方面有两个主要的方向：一个是通过更高的金属去除率，尤其是在更小的机床上；另一个则是通过一次走刀而获得更好的表面质量来实现。独特的新型铣削刀具即可将这些功能组合到一起。

　　加工方式正在改变

　　一般来说，在机床方面，更小的机床和/或低功率的主轴正在日益增多；高的主轴速度可提供高的切削速度，机床能够实现更高的进给率；刀具室容量突出了对良好刀具通用性的需求；对操作员进行监督的需求也越来越小。

　　在操作方面，由于对机床有利并且适合低功耗可用性，因此小切削深度就成为首选，追求更多组合的粗加工/精加工切削，愈发要求具有更长的刀具可达性；同时要求更高的灵活性和更有效的刀具装夹，尽可能避免毛刺/接刀误差。

　　当为方肩铣刀开发新刀具平台时，在扩充已建立的CoroMill系列铣削刀具方面所取得的进展和经验起到了很重要的作用。伴随着CNC机床的发展，这个漫长的过程已持续了20年，其中也出现了许多在不同制造部门中已大幅提升车间加工性能的刀具。

　　CNC铣削刀具的发展

　　CoroMill290方肩面铣刀集成了多项优势，如配有预淬硬刀体和具有四切削刃的高性价比方刀片以及利用中心螺钉(在许多要求苛刻的工序中用以提供高强度)确保高精度和改进的刀片定位，因此能够轻而易举地获得比先前更好的表面效果。这种90°铣刀从小直径到大直径都已成为应用非常广泛的刀具，能够获得相当大的切削深度。

　　纯粹的面铣包括精加工至镜面般的表面以及利用高金属去除率进行粗加工，这些功能已组合到一把面铣刀中——CoroMill245。利用45°的主偏角，该铣刀即可在高工作台进给或刀具悬深太长时针对具体走刀来实现切削力平衡。一般来说，可通过刀片上的修光刃可选项来免除后续的工序。在大多数工件材料中，此刀具已成为面铣的标志。

　　无论是深还是浅方肩铣削，在刀具方面都有着与众不同的需求，90°刀具是必不可少的选择。同样，CoroMill790代表了一种新的方向，最初侧重于有色金属材料的切削，例如航空航天业中的铝翼架。这种刀具具有非常高的金属去除率，在进行高速切削时能够留下高质量的方肩表面，并且其接刀误差可以忽略不计。由于专为获得轻型切削作用而开发，因此低功耗要求显然就是一项有利的特性。此外，极为安全和高精度的刀片定位也使该刀具适合于坡走铣、插补铣、大切削深度以及插铣。

　　立铣刀是最通用的铣削刀具，因为它能执行大多数工序。CoroMill390可转位刀片在其推出时就为刀具类型赋予了新的含义。在这里，90°刀具能够完成CNC机床所要求执行的所有任务——即以所有形式出现的现代轻型切削立铣工序，包括高效的可获得良好表面质量的由深到浅的方肩面铣。当后续推出更大的刀片型号时，不仅限制更少，甚至从根本上已消除了大多数限制。

　　刀片型号决定了切削参数能力、切削时间、刀具寿命、可靠性以及通用性。最近推出的新一代涂层硬质合金刀具能够相当可观地提供更高水平的性能。这不仅使加工车间变得更有竞争力，而且满足了更严格的最终期限要求并获得更高的质量一致性。新的CVD和PVD涂层刀片允许采用更高的切削参数，在其应用范围内能够实现可靠且更易预测的高速切削。尤其对于新型方肩面铣，这种牌号的开发也使采用更锋利的正前角切削刃来进行更轻、更精密的切削成为可能，而这丝毫不会降低刀片强度。

　　新型方肩面铣刀的组合功能

　　在开发新型方肩面铣刀时，关键的一点是将生成高质量端表面的能力与方肩表面组合到一起。有些铣削刀具能够切削出高水平的端面或者方肩，但是没有刀具能够同时使两者达到精度和表面质量俱高的水平。

　　由于工业上对生产效率最为关注，因此，就必须把能够进行优良端面和方肩精加工铣削的能力与执行高金属去除的粗加工工序时所获得高质量的能力结合起来。在某些应用中也要求把粗加工走刀和精加工走刀组合到一起。单切削能力兼有高金属去除率和良好的方肩表面质量，在性能方面无丝毫折衷，而且其功能也有所改进。

　　尽管切削刀具成本在所有零件的总生产成本中只占一小部分，但许多用户却把刀具成本问题和刀具库存一起摆到突出的位置上。方刀片可提供4个切削刃，同样也提供了使每个刀片具有最佳切削刃的能力。但是方刀片意味着90°圆角，并且对新的高效方肩所要求的能力组合来说其应用范围有限。

　　铣削刀具面临的新挑战

　　在开发具有真正90°主偏角的新型高性能铣削刀具时，方刀片要求也代表了其中一项挑战。高精度和消除任何相关的接刀误差以及高金属去除能力都是必需的。此外，角精度也必须比现有刀具高出若干倍。

　　通过依赖现有的CoroMill解决方案以及与此同时开发全新的概念方向，从而建立了适合新型方肩面铣平台的模式。涉及制造新型铣削刀具的方法和度量方面的最新研发已为此提供了支持。

　　为了实现组合粗加工和精加工刀具的目标，并且也为了使用方刀片，因此就需要提供能够同时生成端面和方肩的全新切削刃。此时必须确立有利的切削作用和高精加工能力。

　　在任何多齿铣削刀具中，切削刃的修光刃带都起到至关重要的作用，因为它是生成端面的决定性因素。修光刃带必须长于刀具的每转进给量以确保生成良好的表面质量。使用修光刃带的问题之一是切削刃吃刀过长而增加了切削力，因此就易于出现振动趋势和导致更高的功耗以及更高的切削稳定性需求。对CoroMill490来说，如何在没有固有缺点的情况下拥有最合适的修光刃带就是其面临的一项挑战。

　　基于刀具中拥有足够大的用于刀片的轴向前倾角以及刀片上锋利的正前角切削刃，该解决方案通过CoroMill490这样的轻型切削刀具设计而从根本上获得了发展。剪切明显的基本刀具槽形也预示着刀片会负进入材料，这就意味着更平稳和增加了强度。刀具精度也有助于该解决方案的执行和保证有利的切削作用，尤其对于精加工更为如此。独特的新刀片修光刃带和刀具特性的成功开发不仅是确保CoroMill490能力的关键因素，而且也是其获得每单位功耗最佳金属去除率的关键因素。

　　修光刃技术

　　该技术是铣削解决方案的核心部分。由于修光刃技术是由山特维克可乐满率先针对车削而开发，因此其也进一步针对CoroMill490修光刃带以及用于方肩切削的刀片切削刃进行了开发。在切削时，带有多个刀片的刀具很容易通过每个刀片刃带所产生的过渡而生成一些接刀误差。

　　此外也存在刀具偏斜的问题。切削时所有刀具会出现一定程序的偏斜，并且采用常规修光刃带常常会由于留下锋利的过渡刃而对所生成的表面带来负面的影响。

　　CoroMill490刀片修光刃带的多弧形修光刃设计补偿了公差和进行切削的角偏差。这不仅最小化了任何接刀误差的趋势，而且同时改进了端面和方肩表面的精度。在方肩上通过不同的走刀或在端面上通过不同的刀片所生成的表面之间，现在能够达到几乎一样的效果，而以往这还需要进行其他的精加工。

　　利用刀片牌号进行优化

　　具有正前角槽形的锋利切削刃是轻型切削特性的关键所在，并且在具有大量修光刃带时尤为如此，这样就能通过使用方刀片获得高生产效率、高表面质量和真正90°的方肩。另外，为了在高进给率和高切削速度条件下获得这种特性，刀片就必须具有很高的强度和耐用性。通过开发新一代刀片牌号即可实现这一点。

　　对CoroMill490来说，新的PVD涂层牌号GC1030为适合的刀片槽形提供了主要的刀具材料，并在随后成为这些材料的首选。该牌号尤其适合于小直径应用、不稳定工况、大刀具悬深、要求苛刻的刀具进出以及小刀具吃刀，在方肩面铣工序中所有这些不利情形通常都会遇到。

　　根据切削的具体性质，某些工序将不可避免地需要进行优化。由于牌号的不同特性，可能会出现CVD涂层牌号比PVD牌号更适合的情形。CVD牌号的刀片虽然不及PVD牌号一样锋利，但仍然为CoroMill490所采用，这样就能提供更高的切削速度和更长的刀具寿命。尤其在刀具直径和吃刀量较大并且热相关磨损威胁到切削刃的工序中更为如此。GC4230是适合立铣刀应用的切削速度优化器，同样它也是非常耐用的通用刀片牌号，而GC4240则是非常坚固的钢铣削牌号，对这种牌号来说，切削刃韧性是其决定性的参数。

　　利用刀片槽形进行优化

　　方肩面铣工序通常采用非常适中的进给率，当进给值直接影响到金属去除率时就会影响生产效率。近来的研究表明，所应用的绝大多数每齿进给率都低于0.12mm。对精加工工序来说，这些进给值还可接受；但对目前高性价比的普通工序和粗加工工序来说，则显得有些不足。

　　已开发的CoroMill490是一种低功耗刀具，能够提供很高的金属去除率(每齿进给率可高达0.22mm)。同时这种刀具还能够在获得精细切屑厚度的情况下进行高精度精加工铣削(每齿进给率可低至0.05mm)。为了优化其宽广的应用范围，我们提供了3种不同的刀片槽形(L、M和H)。

　　H槽形适合于一系列较大的每齿进给值。这种坚固的切削刃足以应付包括厚切屑的重载切削，这使得CoroMill490成为轻型切削的粗加工刀具。L槽形刀片可将CoroMill490改造成强大的精加工刀具，能够提供更高水平的方肩面铣质量，这对可转位刀片刀具来说绝无仅有。配有M型刀片槽形的CoroMill490具有通用的能力，因此，在任何必须要铣削各种端面、方肩、边缘甚至槽的数控机床上，它都应该在其刀具室中占据突出的位置，每齿进给范围覆盖了中间的通用范围。由于组合了多种可能性，既有不同的刀片槽形和牌号，也有铣削刀具每齿进给的变化，因此CoroMill490就能够提供非常广的应用范围，并成为提升加工性能的最佳替代选择。

　　更小的切削深度

　　目前，通常在车间加工零件时需要更小的切削深度，当然这也是使用多数较小机床所必须做到的。而与之相反，其发展趋势是更高的进给率和更高的切削速度。功率限制也是其中一项因素，特别对于ISO锥度40和30加工中心以及对大多数多任务机床和车削中心来说尤为如此。当今机床的更高速度和进给也意味着能够更为高效地使用小直径(25～80mm)刀具并通过重复走刀来切削方肩和端面。

　　这样的背景有助于为新一代方肩面铣刀设置发展方向。结果表明，适合CoroMill490的最大切削深度是5.5mm，并且推荐值是4mm。这为新刀具概念配备方刀片提供了机会，也是通过精确和安全的刀片定位获得刀片高稳定性以及良好刀具经济性的基础。CoroMill490已优化了刀片支撑点，并将其沿着刀座边缘尽可能远离放置，从而就能把切削力的影响降到最低，因为这种切削力很容易使刀座上的刀片出现移动。

　　选择正确的方肩面铣刀

　　使用方刀片铣刀的主要限制是无法进行轴向切削，特别是对于型腔加工来说尤为如此。为了执行这些工序，在轴向周围(刀具切削刃四周)就需要有足够的刀体端隙。CoroMill490也不例外，除圆弧插补、镗削和某些轮廓铣削受到限制之外，轴向进给也无法提供。

　　在这方面，已被广泛接受的CoroMill390很好地补充了CoroMill490刀具的不足，从而能够执行许多其他的立铣工序，例如坡走铣、圆弧插补、插铣以及深轮廓铣。CoroMill390每个刀片具有两个切削刃，能够加工出更大的切削深度并拥有大圆角半径刀片选项。随着多年的发展，现在它已发展成应用范围很广的产品系列，能够在各种材料和工业部门中用于大量的不同工序。CoroMill390可提供CoroMill490无法提供的功能，同样CoroMill490也能提供相当多的CoroMill390不具备的功能。

　　选择哪种方肩面铣刀或立铣刀基本上可究根至其工作特性，但是当这些特性针对CoroMill490的参数而逐一落实时，为了最佳化性能、加工结果以及可预测性就必须将其作为首选。借助第一把基于新型方肩面铣平台的刀具和新一代刀片牌号，就使铣削向前跨进了一大步，从而在提高CNC铣削领域(其中每年都在快速增长)的切削竞争力方面提供了新的潜力。 - w' F& [! }/ u5 o, ^, l7 B. p【MechNet】

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