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不斷變化的負(fù)荷
進(jìn)行銑削加工的*步也是zui基本的一步,就是選擇銑刀類型和切削刀片或刃口類型,以滿足零件獲得所需特性。刀具供應(yīng)商提供了具備粗加工或精加工幾何槽型的面銑刀、立銑刀、三面刃銑刀和其他刀具,幾乎可以滿足任何所需的零件特性。
無論在加工中使用哪種刀具,刀具的切削刃都會(huì)反復(fù)地切進(jìn)切出工件材料。作用在各個(gè)銑刀齒上的切削載荷從切入前的零值達(dá)到切削過程中的峰值,然后在切出時(shí)恢復(fù)零值。通過緩和銑削工藝中的間歇式負(fù)荷,從而可以zui大限度地提高刀具壽命、生產(chǎn)率和工藝可靠性。刀具位置、切入切出策略以及切屑厚度控制是促進(jìn)該目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。
切入工件
在銑削中,刀具上的負(fù)荷很大程度上取決于刀具和切削刃切入工件的方式。在傳統(tǒng)銑削或逆銑中,刀具的旋轉(zhuǎn)方向工件進(jìn)給方向相反。在順銑中,刀具旋向與工件進(jìn)給方向相反。
其結(jié)果是,在傳統(tǒng)銑削中,切削刃以zui小切屑厚度切入工件并以zui大切屑厚度切出。相反,在順銑中,切削刃以zui大切屑厚度切入工件,而在切出時(shí)切屑厚度可減小至零。不論哪種情況,銑削加工都會(huì)產(chǎn)生變厚度的切屑。
在大多數(shù)情況下,刀具供應(yīng)商會(huì)建議順銑,因?yàn)榭梢詚ui大限度地減少傳統(tǒng)銑削中由于切屑太薄而導(dǎo)致的切屑與刃口的摩擦。在順銑中,切入時(shí)切屑的厚度zui大這有助于熱量傳遞到切屑中,從而保護(hù)工件和刀具。切屑將會(huì)排出,降低了二次切削切屑的風(fēng)險(xiǎn)。
然而,在某些情況下,傳統(tǒng)銑削卻是。采用順銑方法銑面會(huì)產(chǎn)生向下的力,在破舊的手動(dòng)機(jī)床上會(huì)引進(jìn)反向間隙位移。在傳統(tǒng)銑削中刀具從工件上拉起,因而對(duì)于較不穩(wěn)定的機(jī)床,特別是重型切削,傳統(tǒng)銑削可能是更好的選擇。銑削粗表面或薄壁材料時(shí),傳統(tǒng)銑削也非常有效,而刀具逐漸切入工件材料可以防止較脆的超硬刀具材料發(fā)生沖擊損壞。另一方面,傳統(tǒng)銑削的切入時(shí)切屑薄特性所產(chǎn)生的過度摩擦和過多熱量可能會(huì)對(duì)刀具造成有害影響。刀具切削刃受力不均會(huì)導(dǎo)致刃口微崩并增大拉伸應(yīng)力。表面粗糙度可能會(huì)受到影響,因?yàn)榍行紩?huì)掉入刀具前部并造成切屑二次切削。
在順銑中,刀具以zui大的切屑厚度切入會(huì)使刀具承受較大的機(jī)械負(fù)荷,但對(duì)于大部分刀具材料而言,這并不是主要問題。包括硬質(zhì)合金、陶瓷和高速鋼在內(nèi)的現(xiàn)代刀具材料都是粉末型產(chǎn)品,具有良好的抗壓強(qiáng)度。
在探討刀具位置和進(jìn)刀策略時(shí),機(jī)床操作工應(yīng)注意,將刀具放置到工件中心線的任一側(cè)始終是。中心定位會(huì)同時(shí)產(chǎn)生傳統(tǒng)銑削和順銑的作用力,可導(dǎo)致加工不穩(wěn)并出現(xiàn)振動(dòng)。
切削刃如何切出工件與如何切入同等重要。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,退刀的位置與刀具切削刃壽命之間有明確的關(guān)系。如果退刀過于突然或不均勻,切削刃將會(huì)微崩或斷裂。另一方面,注意合理退刀會(huì)使刀具壽命延長(zhǎng)多達(dá)10倍。關(guān)鍵值便是退刀角,退刀角是指銑刀中心線與切削刃退刀點(diǎn)之間的夾角。退刀角可以是負(fù)值(高于刀具中心線),也可以是正值(低于中心線)。當(dāng)退刀角大約介于負(fù)30度和正30度之間時(shí),刀具切削刃的失效更加明顯。這些退刀角包圍的工件區(qū)域的寬度大致是銑刀直徑的一半。
另一個(gè)改善銑刀切削刃負(fù)荷間歇性質(zhì)的方法,是zui大限度地增加任何時(shí)候與工件嚙合的切削刃的數(shù)量。使用更小的直徑、密齒刀具和更大的徑向切深會(huì)使更多的切齒與工件接觸,并使切削力分布更加均勻。
切屑厚度
銑削中產(chǎn)生的切屑厚度極大地影響著切削力、切削溫度、刀具壽命和切屑形成及排屑。如果切屑過厚,會(huì)產(chǎn)生過大的負(fù)荷,導(dǎo)致切削刃微崩或斷裂。如果切削過薄,切削過程只在切削刃較少部分上進(jìn)行,而摩擦的增加會(huì)產(chǎn)生熱量,繼而加速磨損。
切屑厚度通過垂直于有效切削刃測(cè)量得出。如上所述,銑削過程中形成的切屑會(huì)隨切削刃切過工件時(shí)不斷變化厚度。出于編程目的,刀具制造商采用“平均切屑厚度”的概念。平均厚度是zui厚和zui薄切屑尺寸的平均值。
刀具制造商為特定刀具槽型提供了平均切屑厚度,如果應(yīng)用和維護(hù)得當(dāng),將產(chǎn)生*的刀具壽命和生產(chǎn)率。
機(jī)床操作工利用該平均切屑厚度值來確定刀具進(jìn)給率,以保持建議的平均切屑厚度。刀具徑向嚙合量、刀具直徑、刀具位置和切削刃主偏角是確定合適進(jìn)給率的因素。徑向嚙合量是徑向切深(ae)與銑刀直徑(Dc)之比。刀具徑向嚙合量越大,產(chǎn)生所需切屑厚度需要的進(jìn)給率就越低。同樣,刀具的嚙合量越小,獲得相同的切屑厚度就需要越高的進(jìn)給率。切削刃主偏角也會(huì)影響進(jìn)給要求。當(dāng)主偏角為90度時(shí),切屑厚度zui大,因此為了達(dá)到相同的切屑厚度,減小主偏角就需要提高進(jìn)給率。
相比研磨刃口或倒角刃口,鋒利的切削刃可產(chǎn)生更小的切削力,但也更容易碎裂。為了防止微崩和斷裂,必須限制切削刃上的機(jī)械負(fù)荷,因此在應(yīng)用鋒利的切削刃時(shí),建議采用更小的平均切屑厚度。在這種情況下,所用切削刃槽型決定著如何選擇正確的平均切屑厚度,反之亦然。
機(jī)床操作工可利用基本銑削應(yīng)用中的這些原則和方法來控制銑削刀具上的間歇應(yīng)力。然而,隨著零件要求變得日益復(fù)雜,即使只是簡(jiǎn)單的圓角銑削,基本上也無法通過手動(dòng)更改進(jìn)給率來保持建議的平均切屑厚度。對(duì)于這些情況以及其他情況,包括非常復(fù)雜的5軸銑削,CAM軟件和CNC設(shè)備的制造商已研發(fā)出了擺線銑削和片皮法等加工策略以及具備恒定徑向切深模塊的DynamicMilling、Volumill、AdaptiveClearing等軟件編程模塊。這些軟件和機(jī)床控制技術(shù)的進(jìn)步代表了刀具進(jìn)退和切屑厚度管理基本概念取得的高科技發(fā)展,便于控制刀具間歇式銑削過程的效果。
一個(gè)多世紀(jì)以來,制造商利用銑床和刀具大批量生產(chǎn)了不計(jì)其數(shù)的高品質(zhì)零件。在此期間,基本銑削工藝保持不變,即在工件上使用旋轉(zhuǎn)刀具來加工表面。工藝的間歇切削性質(zhì)也未發(fā)生變化。
銑床和銑刀的發(fā)展已達(dá)到一個(gè)令人難以置信的程度,但在很多情況下,它們的用戶都沒有充分利用該技術(shù)進(jìn)步。認(rèn)識(shí)到工件和刀具在銑削和加工中*的相互作用可以減少工藝中的間歇應(yīng)力,使得制造商實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)率、質(zhì)量和刀具壽命zui大化這一幾乎難以實(shí)現(xiàn)的三重目標(biāo)。
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