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快刀出擊 – 高金屬去除率銑刀

2019-7-8 來源：伊斯卡技術經理作者：Andrei Petrilin

前言

大幅提高粗（cū）銑加工中每齒進給，這一加工方式被稱作快進給銑削(FF)或大進給銑削(HFM)，於九十年代應用至工業領域。因用戶對縮短（duǎn）模具生產製造（zào）時間的需求（qiú）大量增加，模（mó）具工業成為最早采用（yòng）HFM大進給銑削方式進行生產實踐的領域之（zhī）一。大進給銑刀（dāo）HFM不（bú）僅對這（zhè）一市場需求做出回應；同時（shí）還提供了高效加工刀具用於提高生產率。大進給加工方式主要基於兩個原則：銑刀的幾何形狀；銑刀在機床上獲得高速大進（jìn）給驅動。

大進給銑削相（xiàng）關

典型的大進給（gěi）銑刀具有小主偏角的特點，其值（zhí）通（tōng）常為9-17°。這一設計特點會引（yǐn）出三個重要的結果。其一是源於切屑減薄效應使（shǐ）得每齒進給具有得到相當大幅度提高的可能性。例如，在低合金鋼的麵銑加工中，最大（dà）每齒進給值為0.2mm；然而在（zài）大（dà）進給加工中，通常能實現2mm的最大每齒進給。其二是刀具形狀確保實現小切深。銑削加工減少了切削深度DOC，降低了切削力和（hé）機床功率消耗。其三是切削力的徑向分（fèn）量最小化（huà）結合軸向分量最大化，使得（dé）切削力主要作用於機床主軸的軸向方向，也就是說，切削力主要指向機床剛性最大的方向。這提高了（le）加工穩定性。

提高每齒進給意味著更高的進給速度，需要機床驅動刀具給出恰合的進給值（zhí）。在上述針對低合金鋼的大進給銑削案例中，進給速度可達7000-9000 mm/min，比常規進給高出一大截。

捕（bǔ）捉到市（shì）場需求，機床製造商們開發出為大（dà）進給銑削特別設計的各式各樣的（de）機床。這些功率相對更低（dī）的（de）機床具有“三高”特性（xìng）：高扭矩，高推力主軸，高速進（jìn）給驅動。這些機床具足先進（jìn）的（de）計算機數控（kòng）CNC的硬件及軟件。大進給銑削HFM加工方式（shì）大大扭轉了粗銑加（jiā）工概念。取代在高功率機床上（shàng）以大切深及大切寬的方（fāng）式對工件材料進行集（jí）中（zhōng）去除的加（jiā）工方式，大進給銑削加工方（fāng）式倡導在低功率機（jī）床上以小切深執行超（chāo）高生產率的銑削加工，切削刀具飛速旋轉。

大進給銑削已曆經（jīng）一些有趣的變更（gèng）。最初其被視作模具工業型（xíng）腔及窄小型腔粗銑加工的有效（xiào）方法，但很快（kuài）就被證實在麵銑加工中具（jù）有優勢。快進給FF銑刀的直徑範圍在擴張；適用於采用（yòng）大（dà）進給銑削方（fāng）式進行加工的工程材料（liào）組也在不斷增加。大進給銑削很快（kuài）滲透進了眾多工業領域。大進給銑削作為高效加（jiā）工技術不再局限於服務模具工業，開始以通用的被首肯的高生產率加工方式被投放於各金屬切削領域。盡管鋼及鑄鐵材料是大（dà）進給（gěi）銑削的主要消耗材料，然而不鏽鋼、鈦合金甚至高溫合金、超級合金也同樣被（bèi）成功地加工。這反（fǎn）過（guò）來又引導刀具（jù）供（gòng）應商們推出不同形式（shì）的各式各樣（yàng）的（de）大進給銑刀。他們（men）推出可轉位銑刀及整體硬質合金立銑刀，配置以夾持柄部或心軸（zhóu）的形式，具（jù）有整體式或模塊式結構，多種多樣幾何形狀的銑刀，能根據加工材料組的不（bú）同進（jìn）行選配（pèi）。

伊斯卡（kǎ）在大進給銑刀領域

以伊斯卡多達數十種大進給銑刀係列來（lái）闡釋大（dà）進給銑刀的多樣性。現今，它（tā）已成為一個另辟蹊徑（jìng）的獨立銑（xǐ）削（xuē）領域，提供豐富多樣的選項。早在九十年代後期，伊斯卡就推（tuī）出夾持單麵銑（xǐ）刀片的可轉位大（dà）進給銑刀（dāo）；緊接著就通過增添（tiān）更多的可轉位銑刀係列使得大進給銑刀係列得到擴充，通過設（shè）計為（wéi）用戶提供更多（duō）附加值。在某一案例中，銑刀夾持高成本效益的雙麵銑（xǐ）刀片；而在另一案例中，前沿的刀具形狀顯著提高了銑刀坡走銑性能，在螺旋插補銑加工中性（xìng）能更佳。在需要小尺寸銑刀的場合，伊斯卡推出快進給整體硬質合金立銑刀及夾持於其變形金剛刀體的可換式銑刀頭。將大進給銑刀用於麵（miàn）銑加工產生了新需求，伊斯卡（kǎ）不止於推出相關大進給麵（miàn）銑刀，還額外給出獨創的解決方案：特別設計的銑刀片。這些銑刀片能裝夾於適合於通用銑削的標準銑刀體上，僅僅通過更換刀片即可將常（cháng）規銑（xǐ）刀（dāo）轉化為大進給銑刀。該解（jiě）決方案尤其受到中小型製造商們的稱揚，因這使得已購銑刀能得到（dào）有效的利用。

在最（zuì）新推出的（de）“邏輯•智勝LOGIQ”係（xì）列中，伊斯卡推出（chū）四種全新的（de）快進給銑（xǐ）刀係列，並（bìng）對一些已有（yǒu）的係列（liè）進行了升級。隱藏在這些研發後的動機是什麽？伊斯卡以（yǐ）致力於創（chuàng）新而極（jí）富聲譽（yù），動力來自（zì）研發（fā）部門不停息的研發以及來自製造商們的實（shí）際需（xū）求（qiú）。

新係列首要的顯著特征是尺寸大（dà）幅縮小（xiǎo）的可（kě）轉位大進（jìn）給銑刀。例如， “NAN3FEED”立銑刀FFT3-02直徑範圍為8-10mm，該直徑範圍是整體（tǐ）硬質合金立銑刀的“經典”直徑（jìng）範圍。伊斯卡堅信可轉位銑刀概（gài）念代表推出了頗具競爭力的解決方案。這些立銑刀具有以采用了對微小硬質合金刀片進行原創夾緊方式的特（tè）點。小尺寸銑刀片並未設計有削弱刀片結構的（de）常規的中（zhōng）心通（tōng）孔。螺釘頭（tóu），扮演著楔塊的角色，不僅（jǐn）牢靠地夾緊刀片，而且使得能對刀片進行快速而簡捷的（de）轉位操（cāo）作。源於刀片尺寸非常小，需采用帶磁性（xìng）端頭的扳手將刀片（piàn）置入刀片定（dìng）位槽中。這一（yī）倡導（dǎo）下設計（jì）的銑刀確保實現多齒結構：直徑8mm的銑（xǐ）刀帶2個齒，直徑10mm的銑刀帶3個齒；相比於（yú）整體（tǐ）硬質合（hé）金立銑刀，采用帶（dài）3個切削刃的可轉位刀片成本更低。（圖1）

另一力證是“TANG4FEED”銑刀，大（dà）進給套式銑刀（dāo）立裝夾持菱形銑刀片。該銑刀（dāo）設計主要用於中-大尺寸型腔的粗銑加工。立裝夾持原理，與楔形夾持相（xiàng）結合（hé）確保刀片夾持（chí）牢靠，確保銑刀結構（gòu）耐用。刀片的菱形形狀顯著提高了銑刀的坡走銑性能，以及單側插銑加工性能（néng）。TANG4FEED銑刀片為雙麵刀片，帶4個切削刃（rèn）。（圖2）

當麵對各式各樣的大進（jìn）給銑刀係列作為可選項，“該如何選擇更適合（hé）的刀具？”這一問題就不可避免地（dì）出現了。除了伊斯卡（kǎ）在線專家選刀（dāo）係統（tǒng）ITA軟件，伊（yī）斯卡（kǎ）還開發了快速（sù）選（xuǎn）刀指南，可以幫助製造商們找到最高效的大進給銑刀解決方案。

伊斯卡大進給銑刀的案（àn）例有力地證實了（le）其開發的大進給銑刀遠未能（néng）抵達其能達到的巔峰。新推介（jiè）的銑刀係列為真實的加工需（xū）求提供了合乎邏輯的答複。大進給銑刀HFM，作為粗銑加工的高（gāo）生產率加工方式（shì），前景（jǐng）光明；金屬切削行業將持（chí）續對具有高金屬去（qù）除（chú）率的、越（yuè）來越快越（yuè）來越高效的銑刀保（bǎo）持需求態勢。（圖（tú）3）

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