數控（kòng）機床

   
       上海（hǎi）, 2016 年 03 月 - 製造商從未停止過探求提高其加工速度、質量和成本效益的方法。為了滿足該需求，機床（chuáng）、CAM 軟件和刀具供應商在不斷（duàn）地（dì）開發新產品和應用策略。這（zhè）些產品和策略的結（jié）合可在特定加工場合中提供最高的生產率。例如，目前在粗銑加工領（lǐng）域的最新進展清（qīng）楚地（dì）表（biǎo）明了綜（zōng）合應用（yòng）先（xiān）進金屬加工技術的優（yōu）勢。

       加工要素

       機床是銑削加工的基礎。為了（le）有效（xiào）地進（jìn）行粗銑加工，機床必須具有足以抵抗切削力的剛度（dù），以及為（wéi）了最大（dà）限度提高金屬切除率並縮短兩次走刀之間所（suǒ）需時間（jiān）而（ér）需（xū）要的軸向加速和減速運動的（de）能（néng）力。此外，動力（lì）強勁的主軸還有（yǒu）助於確保高切削速度和高應用參數。最（zuì）後，機床的 CNC 係統必須具有足（zú）夠的計算能力來進行預測（cè），並（bìng）滿足對加工動力（lì）以及直線和旋轉軸移動的快速變化的需求。

       CAM 軟（ruǎn）件決定了這些需求將會是什麽。在生成銑（xǐ）削刀具路徑時（shí），軟件開發人員必須考慮從簡單到複雜的各種銑削工藝（yì）。側銑是一種基本的銑削工藝，在側銑中，立銑刀（dāo）的刀具側（cè）麵以特定的軸（zhóu）向（xiàng） (ap) 和徑向 (ae) 切削深度接觸工件。在簡單的側銑加工中（zhōng），每次走刀時刀具的徑（jìng）向吃刀量或接觸弧的變化最少。因此，操作員可以調整接觸弧，以充分利用高效的立銑刀設計特點，包括（kuò）多（duō）個刀刃和較厚的增強芯部（bù）。增加刀刃數量能（néng）夠提高進給率，而堅固的刀具芯部能（néng）夠承受重型加工負載（zǎi）。

       但是，槽銑的情（qíng）況卻有所（suǒ）不同。在銑槽應用（yòng）中，立銑刀的整個直徑都在（zài）切（qiē）削中（zhōng）齧合，以（yǐ）形成 180 度接觸弧。刀具上的負載要遠大於側（cè）銑中產生的負載，並且切屑更難清除，這意味著切屑可能會被再次切削，並最終會（huì）導致刀具的卡滯和斷裂。
 
 
       導熱性不良的銑削工件材料（如不鏽（xiù）鋼、鈦和鎳基合金）會導（dǎo）致這種問題更加嚴重，使刀具（jù）熱量集中並加（jiā）速了刀具的失效。因（yīn）此，可（kě）能（néng）無法（fǎ）完全實現刀具的軸向切深性能。在逐漸增加的軸向深度下完成一個零件將需要多個步驟，延長了加工時間。槽銑通常還需要使用更小的切削速度和進給率，進一步降低（dī）了生產率。

       先進（jìn）的 CAM 軟件允（yǔn）許操作人員采用複雜的切削策略（如擺線銑削），有助於進行槽（cáo）加工。在擺線銑削刀具路徑中，該軟件可引導直徑小於加工槽直徑的刀具沿 X 軸（zhóu）和 Y 軸進行重複（fù）的圓周運動。刀具的徑向吃刀量小於其（qí）直徑的一半，圓（yuán）周刀具（jù）路徑可以有效地將槽（cáo）銑（xǐ）更（gèng）改為側銑。刀具（jù）的接（jiē）觸弧大大（dà）減小，從而能夠使用多刃立銑（xǐ）刀和更長的軸向切削長度來提高金屬切除率（lǜ）並縮短加工周期。

       介於簡單側銑和滿刃槽（cáo）銑之間的是涉及不（bú）同凹凸輪廓加工的（de）銑削（xuē）加工。隨著最終用戶對零（líng）件的要求變得更加複雜，這些（xiē）情況（kuàng）日益常見，也增加了對不（bú）規則輪廓（kuò）工件高效加工的需求。

       關鍵問題在於控（kòng）製刀具與工件的接觸弧。在銑削凹形輪廓時，刀具的接觸弧增大，增加了刀具和機床上的負載。在銑削凸形輪廓時情況相（xiàng）反；接觸弧減小，切（qiē）削效率受到影響。

       軟件供（gòng）應商開發並改善了實時控製刀具吃刀量的刀（dāo）具路徑算法，能夠高效、可靠地對簡單和複雜輪廓進行粗加工。這些刀具路徑通常將大（dà）軸向切削深度 (ap) 與（yǔ）小徑（jìng）向切削深度 (ae)、每齒高進給量 (fz) 和高切削速度 (vc)相結合，顯著縮短了切削時間並提高了金屬切除率。除了提供更高的生產率，這些先進的粗加工策略采用平穩切削路（lù）徑，無需快速更改方向或切削參數，因而減少了刀具上的負載，大大延長了刀具壽命。

       計算粗銑刀具路（lù）徑（jìng）的最新軟件策略采用兩種基本方法。一種方法在（zài）銑削凹形或（huò）凸形零件（jiàn）時以恒定的進給率和接觸弧（hú）應用（yòng）刀具，並在走刀之間改變步距寬度，以實現最大金（jīn）屬（shǔ）切除率。第二種方法是保持恒定的步距寬（kuān）度，但改變進給率和刀具的接觸弧，目的是保持一致的切屑厚度。在（zài）第二種方法中，刀具的接觸弧可以達到 80 度或甚至 140 度（dù），具體取決於所使用的軟件品牌。

       用於先進粗加工工藝（yì）的刀具

       兩種粗（cū）加工方法的區別決定了不同刀具設計的應用（yòng）。在很多情況下，第（dì）一種方法允許使用多刃和雙芯型（xíng）/增強芯型（如適用）刀具。此外，用戶（hù）可以采用（yòng）較高（gāo）的軸向與徑向軸向切削深度比。

       第二種方法能以更高的速率移除金屬，但刀具必（bì）須能夠排（pái）除更多的切屑。設計（jì）采用第二種方法的刀具通常具有更少的刀刃，並（bìng）且具有能夠促進（jìn）切屑流的敞開式芯部設計，或采用輪（lún）廓分明的（de）刀刃型腔形狀（高性能刀具）。

  
       
  
        HQ_IMG_Jabro_JHP951_Background.jpg
        Jabro HPM JHP951 輪廓分明的刀刃（rèn）形狀

   
       通常，為大切削深度和寬度及重負載設計的刀具在任何一種方法中都非常有效。但在（zài）第二種方法中，多刃刀具和（hé）采用增強芯（xīn）部設計的刀具在大軸（zhóu）向深度下（xià）遇到大接觸弧時，將麵臨切屑控製問題。可用的軸向切削深度與徑向切削深度之比更（gèng）受限製。

  
      
  
       HQ_IMG_Jabro_JS554_Application.jpg
       Jabro-Solid2 JS554-3C 雙芯型應用

   
       在某些應用中，添加特定的刀具槽型特（tè）征將提高刀具性能。例如，山高將分屑槽加入其 Jabro JS554-3C立（lì）銑（xǐ）刀的切削刃中。這些分（fèn）屑槽是（shì）刀刃（rèn）上的一（yī）係列小槽，其間距是刀（dāo）具（jù）直徑的一倍。

       無論軸向（xiàng）切削深度（dù）如何，分屑槽都可在切屑變得足夠長並影響切屑的平穩（wěn）排出之前進行斷（duàn）屑。因此，立銑刀能夠以最大為（wéi）刀具直徑 3.5 - 4 倍的軸向（xiàng）切削深度進行加工。通過采用先（xiān）進的粗加工 CAM 軟件程序，這些刀具的加工周期可（kě）比傳統方法（fǎ）縮短（duǎn） 60 - 70%。此（cǐ）加工周期的節省得益於更高的金屬切（qiē）除率（lǜ）以及更高效的刀具路徑循環。

        
  
        HQ_IMG_Jabro-Solid_JS554_Front.jpg
        Jabro-Solid2 JS554-2C 錐形芯 CAM 通用版

       先進的粗加工軟件，與設計用於最大限度發揮其（qí）優（yōu）勢的刀具配合使（shǐ）用時，可（kě）提高每次銑削走刀的切削量，並帶（dài）來更（gèng）快的加工（gōng）周期。涉及摩托車發動機鋁殼加工的模具應（yīng）用（yòng）就是一個恰當的例子。製造商力求縮（suō）短在隻使用高進給粗加工工藝情況下長達 15 小時的加工周期。

       為了改善該加工過程，采用了山高 Jabro JS554-3C 刀具（jù）以及通過改變步距寬度來保持接觸弧穩定的先進（jìn）粗加工（gōng）軟件。該方（fāng）法能（néng）夠（gòu）在 2.5 小時多一點的（de）時間內完成大部分粗加工（gōng）作業。移除了足夠的材料，因此後續的高進給粗加工僅需要 4 小時即可（kě）完成。總體而言，粗（cū）加工（gōng）時間減少了 55%。

        結論

       與在任何加工應（yīng）用中一樣（yàng），采用特定刀（dāo）具和策略時應考慮到製造場合的（de）各個方麵（miàn）。例如，當刀（dāo）具切削長度超過刀具直徑的四倍時，或采用長懸伸量刀（dāo）具或用於（yú）不穩定機床或工件時，高進給銑（xǐ）削可能是本文中（zhōng）所（suǒ）述的先進粗加工方法的更好替（tì）代方法。通（tōng）過將（jiāng）小（xiǎo）切深與高進給相結合，高進（jìn）給銑（xǐ）削方法將（jiāng）切削力軸向引導至機床主軸，以幫助提高加工過程的穩定（dìng）性。

       不同的應（yīng）用策略適（shì）合其他製造場合。在某些情況下（xià），專注於以高主軸速度和（hé）進給（gěi）率輕快走刀的高（gāo）速加工，或采用傳統進給量和速度以及極（jí）高軸向和徑向軸向切削深度的高性能（néng）加工將成為（wéi）最佳選擇（請參見（jiàn）附注，以了解各種刀（dāo）具設（shè）計（jì）的詳細信息）。在（zài）所有示例中，結合使用先（xiān）進的銑削策略和軟件（jiàn）以及專為在這些參（cān）數下實現最大性能而設計的刀具，將會在金屬（shǔ）切除率、刀具壽命和成本效益方麵取得最佳成果。
   

       附（fù）注（zhù）

   
       加工策略推動刀具設計

       
  
        HQ_IMG_JS554_Front.jpg
        Jabro-Solid2 JS554 雙芯型設計

       另一方麵，Jabro Diamond 和 Tornado 立銑（xǐ）刀設計用於以高切削速（sù）度和進給率加工淬（cuì）硬鋼和石墨，這些刀具可（kě）產生相對較小（xiǎo）的切削力並降低功耗。對於這些刀具，軸向切削深度通常等於刀具直徑，而徑向切削深度要（yào）小於刀具直徑。高速（sù）刀具具有小螺旋角、短切削長度和大芯徑，能（néng）夠提升高速下的穩定性。它們可采用 PVD 塗層，在用於石（shí）墨加工應用時還可采用金剛石塗層。推薦使用熱脹式或高精度彈簧夾頭，以確保高速下（xià）的刀具（jù）安全性和加（jiā）工精度。

       較低的常規切削速度和進給量，結合（hé）高徑向和軸向切削深度，使山高的高性能（néng）係列刀具能夠產生（shēng）高金屬切除率。高性能方法采用（yòng）中等進給率和切削速（sù）度，以形成高效的高切（qiē）削力並（bìng）能有效利用機床功率。軸（zhóu）向切削（xuē）深度最高可達刀具直徑的 1.5 倍，而徑向切削（xuē）深（shēn）度等於或小（xiǎo）於刀（dāo）具直（zhí）徑。這些刀具可（kě）采（cǎi）用高進給參數，且其不等齒距可以最（zuì）大限度地減少振動。切削刃研磨和拋光（guāng）的 PVD 塗層提升（shēng）了加工軟鋼、中硬鋼和（hé）硬鋼、不鏽鋼、高溫合金和鈦時的性能。推薦使用側固式或 Safelock 刀柄（bǐng）。

       山高的（de）高進給刀具還可產生高於平均水平（píng）的材料移除量，但它們是以中等切削速度和進給率進行加工。切削刃槽型能使（shǐ）刀（dāo）具產生低切削力（lì）並降低功耗。高進給（gěi）刀具可將切削力軸向引導至機床主軸，並且在長（zhǎng）刀具懸伸量、工件（jiàn）及刀具夾（jiá）持不穩定條件下進行銑削時（shí）非常有效。斷屑（xiè）槽型允許采用優化的進給率。徑向切削（xuē）深度通常是刀具直徑（jìng）的一半，而軸向切（qiē）削深度要小於刀具半徑。為獲得最（zuì）佳刀具安全性，熱脹式（shì）或高精度彈（dàn）簧夾頭是（shì）推薦的（de）刀柄選擇。

       當然，並非所有加工廠或應用（yòng）類型都需要使用專為特定應（yīng）用或采用 CAM 應用而設計的刀具。對於小（xiǎo）型加工廠或較大生產場合中的偶然應用，設計用於一般加（jiā）工應（yīng）用的立銑（xǐ）刀可（kě）提（tí）供最符合要求的、經濟高效的（de）成（chéng）果（guǒ）。用於（yú）一般應用的山高 Jabro 整體刀具包括可確保穩定性的雙芯型（xíng）設計、能實現（xiàn）輕快切削加工（gōng）的大（dà）螺旋角、用於最（zuì）大限度地減少振動的（de）不等齒距，以及通（tōng）過輪廓分明的研磨提高強度的切削刃。這些刀具能以中等切削速（sù）度和進給（gěi）量進行加工，並可產生平均水平的切削力和（hé）功耗（hào）。徑向和軸（zhóu）向切削深度通常等於或小於刀具直徑。