高速摆线铣
2021-10-21 来源：伊斯卡技术经理 作者：Andrei Petrilin
剥铣
几十年前，机床转速与切削速度的显著提高成功实现了多种高效高速加工（HSM）方式。剥铣，就是其中之一。剥铣的主要法则是采用大的轴向切深（通常不超过刀具直径的5xD倍径）与小的径向切深（最大为0.2xD倍径）相结合。这种组合具有显著优点。
减小径向切宽不仅可以减少切削刃上的热载荷，而且可以提高切削速度。与传统铣削方法相比，剥铣的切削速度更快。较低的径向切宽显著降低了径向切削力，避免了铣刀的弯曲和振动；确保了更好的切削加工稳定性，有助于提高切削深度。
径向切屑减薄可以实现更高的进给量，以保持所需的精确切屑厚度。因此，在高切削速度和进给率下进行小径向切宽和大轴向切深的铣削是提高加工效率的一种很好方式。此外，这种加工方法使得整个切削刃的磨损逐渐递增，呈均匀分布态势，从而增加了刀具寿命。
剥铣法非常适合应用于深肩铣和宽槽加工。该技术已成功应用于清根铣削——采用小直径刀具来铣削各种难以触达的区域的方法，如型腔拐角。
摆线铣
计算机数字化控制(CNC)和计算机辅助制造(CAM)系统的发展推动了进一步的改进：用可实现复杂刀具路径的摆线铣削取代了直线进给运动，这非常适用于剥铣。从数学角度来说，一个圆沿一直线无滑动地滚动，则圆上一固定点所经过的轨迹称为摆线。在摆线铣削中，刀具沿曲线路径移动，逐层逐片地执行轻薄切削。通常，曲线路径为一段圆弧（类似于半圆），刀具沿弧弦路径返回到初始点，然后以小的吃刀继续重复加工路径。在本例中，刀具路径看起来像字母“D”。沿着曲线轨迹铣削有利于切削刃载荷恒定，并且避免了切入材料瞬间刀具载荷急剧上升。
除了目前被视为是“经典”的D型路径外，如今大多数配置高端控制系统的先进机床都能实现比这个复杂得多的路径。摆线刀具轨迹不止可最小化非切削时间，还能优化机床单元运动。
摆线铣削是一种非常有效的加工深槽、凹槽和型腔的方法，也是针对淬硬钢材料和难加工材料的一种非常有前途的方法，特别是钛和高温超级合金(HTSA)。此外，摆线铣削对于不稳定条件下提高切削性能非常有效，如刚性差的工件、加工薄壁区域、工件夹持刚性差等。更重要的是，均匀和大幅度减少的刀具载荷使摆线铣削还能有效适用于微型铣削加工。
摆线铣削的主要挑战是机床控制和智能路径编程。然而，在解决这些挑战时，另一个重要因素——切削刀具——往往受到忽视。如果没有合适的刀具，那么即便做过所有的刀路轨迹设计和保持切削刃载荷分布均匀的工作，其加工结果终将低于预期效果。这就向刀具制造商提出了新的挑战，如何提供最优化的刀具以满足摆线铣削要求。
高性能摆线铣刀的特征
首先，摆线铣刀必须适合高速加工。这涉及到适当的精度参数、动平衡、超高转速下操作的安全性等。大切削深度的铣削加大了刀具的悬伸量，而刀具的动态性能是确保加工稳定可靠性的关键。当采用小径向切宽铣削时，在任何给定的时间中仅有一个刀齿参与加工作业。优化沿齿的接触区域是实现稳定铣削的重要因素，而倾角最佳的刀具则是找到最优解决方案的关键。摆线铣削时产生的薄切屑可有效排出，无需在刀具上设计容积大的排屑槽。
上述简单测试表明多齿整体硬质合金立铣刀(SCEM)或装配有可换式硬质合金刀头的铣刀是满足需求的最佳方式。事实上，多齿整体硬质合金立铣刀(SCEM)确实代表了当今大多数摆线铣刀。
可以理解的是，这些立铣刀在设计方面各有千秋，能从伊斯卡最新款创新系列产品中轻松辨识出。这些产品有以下几大特点：
1.不等螺旋角及不等齿距的独特设计使立铣刀具有出色的防振降噪特性，提高了刀具大悬伸的情况下高速加工的稳定性。
2.特定形状设计的排屑槽，不单具有足够的排屑空间以使得排屑流畅，而且提高了铣刀芯部实体部分直径，从而提高了铣刀的动态加工强度。
3.这些铣刀在加工绝大多数工程材料时都能保持高精度，并最大化金属去除率。
伊斯卡摆线铣刀
伊斯卡用于摆线铣削的整体硬质合金立铣刀(SCEM)的直径范围是2-25mm。
CHATTERFREE EC-E7/H7-CF整体硬质合金立铣刀带有7个螺旋切削刃及多种刀尖圆角半径。伊斯卡提供2xD、3xD、4xD和6XD倍径的立铣刀。立铣刀均采用PVD涂层的IC902牌号制成。（图1）
图1：CHATTERFREE多刃整体硬质合金立铣刀具有成系列的不同的切削长径比。
7刃立铣刀ECP-H7-CF的主要特点是切削刃刃口设计有分屑槽。引入这一几何设计可提高大悬伸加工的性能，并独具特色地显著改善深槽切削加工及型腔加工中的排屑。更重要的是该几何形状可确保为绝大多数加工需求提供令其满意的加工表面质量。（图2）
图2：带分屑槽切削刃刃口的设计能显著改善排屑，并收获出色的表面光洁度。
Ti-TURBO 7刃及9刃整体硬质合金立铣刀ECK-H7/9-CFR，是专为高速加工钛合金而设计的，切削长度约为2xD倍径。凭借非凡的防振降噪特性和优化的刃口几何形状，这些整体硬质合金立铣刀在各种飞机部件的摆线铣削加工中表现优秀，包括加工钛合金叶片转子（叶盘）的曲线槽。
如果需要对钛合金零件的浅槽或转角进行摆线铣削，那么最近推出的可换头式6刃变形金刚立铣刀（MULTI-MASTER）则是更为合适的解决方案。伊斯卡在该领域具备足够的能力和丰富的经验，其设计的可换式刀头可高效加工难加工材料钛合金，如Ti-10V-2Fe-3Al和Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr等。（图3）
图3：伊斯卡用于摆线铣削的可换头式变形金刚立铣刀（MULTI-MASTER）可加工难加工材料钛合金。
合适的刀柄也是影响摆线铣削成功与否的重要因素。加工实践表明，当铣刀安装在液压刀柄或热缩夹头时，采用摆线铣可以达成最佳效果。（图4）
图4：安装在热缩夹头中的多刃整体硬质合金立铣刀对一个整体叶盘进行摆线粗铣。
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