铣削一词被记录为 1511 年进入英语,但它无疑可以追溯到几个世纪以前,指的是在两块石头之间将小麦或其他谷物研磨成粗粉或面粉的古老做法。很久以后,它开始引用通过旋转刀具或其他旋转切割工具切割和塑造金属的行为。

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铣刀的历史是导致持续工艺改进的产品创新之一。更好地了解铣削工具、它们可以完成的任务以及使用它们的最佳环境总是很有价值的。面对不断变化的客户要求、先进的工件材料以及不断提高生产率并降低成本的需求,铣削刀具的持续发展使得这一点在今天变得更加重要。

所有这些主题都将在包括 A New Milling 101 在内的本系列专题文章中得到解决。本系列的目标是进一步加深对铣削作为一个过程以及完成该过程的工具和工具系统的基本理解;突出两者的最新成就。

基础
铣削是一种材料去除操作。任何负责任的制造公司都会投入大量时间来对现代数控机床进行最佳投资,以应对手头和未来的工作。需要花费同等的时间和精力来选择合适的切削工具,以最大限度地提高生产效率。就像高端跑车上的定制轮胎如何确保最佳驾驶体验一样,切割工具是您的机器和工作材料之间的主要接口。确定加工中心的最大金属去除效率在很大程度上取决于所选的切削刀具和采用的加工参数。

在最基本的情况下,铣削是旋转刀具与夹紧和静止工件的结合,而不是在刀具静止且工件材料旋转的情况下进行车削。实际上,工件具有从机床传递的进给运动。刀具的旋转运动和刀具切削刃的交汇会产生波动的切削力:振动、热量,如果一切顺利,还会产生切屑。

从历史上看,选择成功铣削操作所需的所有适当变量的能力一直被认为是一种艺术形式。机械师是工具制造者。他们获得了制造零件的规格,并且通常他们必须创建或修改自己的工具才能做到这一点。这需要冶金知识和处理不同类型材料的长期经验。为了完善他们的工艺,机械师接受了手工技能的培训,然后通过多年的反复试验学习可加工性。这种学习往往以部落知识的形式出现,被严格保护为“我们的做事方式”,不易转移给他人。

今天,模具制造商拥有广泛的高科技产品线,用于不断扩展的应用和任务。机械师仍然必须学习如何选择适当的变量以确保成功的铣削操作,但刀具技术供应商作为合作伙伴在增加知识方面更有价值。

铣削类别
铣床可能具有垂直或水平主轴方向,通常,面铣切削平面,但多轴 CNC 机器可以包括三维运动。也就是说,铣削有四种基本类别:端面铣削、周边铣削、槽铣削和特殊应用。

面铣用于在工件上创建平面(面)。切削平面通常垂直于旋转轴,并且刀具通常具有单排刀片,设计有多种切削几何形状、刀片、导程角和安装适应性。表面光洁度要求是确定最佳工具类型的重要输入。通常,端面铣削由提供导角的刀具执行,以延长刀具寿命并减少退出工件时的断裂机会。

周边铣削会生成一个与主轴旋转平行的主表面。有时会产生第二个表面。切割平面通常平行于旋转轴。周边铣刀可以是高速钢、整体硬质合金或可转位刀片。基于刀片的刀具可以包括一排或多排刀片并且可以产生同时的面铣操作。

槽铣用于在工件中产生槽或通道。槽铣刀有两种主要类型:盘铣刀和立铣刀。盘式铣刀可以是高速钢、钎焊硬质合金和可转位刀片。它们通常用于垂直于主轴旋转的操作。

用于槽铣操作的立铣刀类似于外圆铣削中使用的刀具。生成的槽平行于主轴旋转。然而,由于外周完全啮合、切屑形成不良和排空,立铣刀并不是槽加工的首选。

虽然用途广泛,但由于刀具直径更小、长度更长,立铣刀是所有铣刀中稳定性最差的。直径是工具最薄弱的部分,因为它有很大的切向力。

特殊应用包括仿形铣削、插铣、坡铣、螺旋和圆弧插补、摆线等。

· Z轴插铣通常用于去除大量工件材料。切削力被轴向引导到刀具中,以实现更高的金属去除率和长距离能力。切割平面垂直于旋转轴。

· 斜坡在工件上形成一个倾斜的表面,或用于在入口点制作一个口袋(装袋)。与插铣相比,斜坡铣削的生产率可能较低,具体取决于条件。这也是从实心工件进行型腔铣削的常见应用要求。

· 螺旋和圆弧插补通常用于在工件上创建圆柱表面,或为以后的应用创建入口点。此应用不一定需要现有的孔,具体取决于所选工具的类型。

· 仿形铣刀,例如圆形刀片和高进给刀具,是这些应用的常见选择。该表面通常平行于旋转轴。

· 摆线铣削是一种通常在难加工材料上产生槽的应用。它在 X 和 Y 平面中结合使用周边铣削和圆弧插补。

同一工具通常可以实现多项操作,以减少所需工具的数量和工具更换时间,但也可能需要牺牲专用工具类型的整体性能,因此了解所有必需的应用程序将使您做出明智的选择。

基本考虑
与其他金属切削工艺相比,铣刀的选择要复杂得多。涉及的变量很多。其中主要是工件材料、机床尺寸和马力、工件夹具和刚度、零件设计考虑因素和整体工艺要求。

所有这些变量都是影响要使用的刀具设计和相关应用技术的输入,将在下一篇文章中更全面地讨论。

铣削术语表

心轴铣削一种使用安装在水平心轴上的铣刀的铣削操作。

切削弧刀片与工件之间的接触面积。

轴向切削力平行于旋转刀具轴线的主要切削力。径向力和轴向力都约占总切削力的 10%。

轴向前角 由刀具轴线和刀片面的倾斜度形成的角度。

芯片负载 芯片的厚度。芯片负载经常与 IPT 混淆,但它们是两个独立的变量。

后角 切削刃后面的有角度的后角,用于消除切削刀具和工件之间的干涉。

顺铣一种铣削应用,其中刀具旋转与接触点处的进给方向相同。顺铣倾向于将工件拉入刀具,从而降低进给力和功耗。

粗齿铣刀 包含少量刀片的铣刀。

传统铣削一种铣削应用,其中刀具在接触点处的旋转方向与进给方向相反。传统铣削会推动工件,这会增加进给力和功耗。

仿形铣刀 用于 3D 面铣的刀具,其设计特征允许轴向切削深度大于刀片的长度。

仿形铣削一种面铣应用程序,旨在在工件中产生轮廓或非线性表面或特征。

刀具直径刀体的总直径。合适的直径取决于工件的延伸和固定。

双负前角负前角几何形状允许良好的径向切屑流,但切屑流会受到限制。

双正前角正前角几何形状可实现良好的切屑提升。然而,在高速下,切屑可能会被刀片捕获并重新切割。

有效直径刀具将加工的最大平面宽度。有效直径是在刀片的外切削刃点处测量的。

端铣一种铣削类型,其中使用窄刀来加工平行和垂直于主轴轴线的表面。

端面间隙切削刃后面的倾斜后角,可消除切削刀具和工件之间的干涉。

面铣刀适配器一种主轴安装适配器,用于在加工中心安装和驱动面铣刀。

面铣刀用于普通面铣的刀具,设计用于对垂直于主轴方向的平面进行 2D 加工。

端面铣削工件表面垂直于主轴轴线的一种铣削方式。

每齿进给量在单个切削齿啮合期间刀具行进的线性距离。每齿进给 (fpt) 是多个切削刃刀具的进给量度。

细齿距铣刀包含大量刀片的铣刀。

平背驱动一种主轴安装适配,使用定心塞直接安装到主轴上,用于径向定位。平背驱动通常用于直径超过 8.00 英寸的面铣刀和大型专用铣床。

一般面铣工件表面垂直于主轴轴线的铣削类型。

切割手 切割的方向。左手铣刀逆时针切削,右手铣刀逆时针切削。

刀片的跟部与切削刃相对的刃带边缘。

螺旋插补一种刀具,它围绕自己的轴一起以围绕内径或外径工件圆周的轨道运动进行旋转。

高密度铣刀每英寸直径包含大量刀片的铣刀。

刀片密度铣床中每英寸直径的刀片或切削刃的数量。也称为切削刃密度。

刀片刻面一种用于铣削刀片的装置,用于减少或消除由面铣刀的轴向变化造成的表面光洁度问题。

刀片螺距刀具中刀片的数量。间距是一个刀片上的相应位置与后续刀片上相同位置之间的距离。

IPT英寸每齿。一个刀片在刀具一转中的进给增量。最常被称为“fz”。

引导角切削刃进入工件时的接近角。导程角控制径向和轴向切削力的方向。

低密度铣刀每英寸直径包含少量刀片的铣刀。

铣削一种金属切削工艺,它使用旋转多点切削刀具将平面、槽或内部凹槽加工到工件上。

安装适配用于将铣刀固定到机床上的工具和组件的特定设计。

负轴向前角 前角几何形状表明切削刃位于刀具的轴向中心线上,而切削刃的顶面向前倾斜并远离轴向中心线。

负径向前角 表示切削刃位于刀具径向中心线上的前角几何形状。切削刃的顶面向前倾斜并远离刀具的中心线。

中性轴向前角 前角几何形状表明切削刃位于刀具的轴向中心线上,切削刃的顶面向后倾斜并远离轴向中心线。

中性径向前角 表示刀片面位于刀具径向中心线上的前角几何形状。

刀尖半径端刃和侧刃之间的刀具半径。

周边铣削一种铣削类型,其中工件的表面垂直于机床主轴,而刀具安装在心轴上。

正轴向前角 前角几何表明切削刃位于刀具的轴向中心线上,切削刃的顶面向后倾斜并远离轴向中心线。

正径向前角 前角几何形状表明切削刃位于刀具的径向中心线上。切削刃的顶面向后倾斜并远离径向中心线。

正/负前角 前角几何结构具有双正前角和双负前角的优点,而没有任何一个问题的特征。

径向切削力倾向于将刀具沿径向推离工件的力。径向力和轴向力都约占总切削力的 10%。

径向前角 在垂直于刀具轴线的平面内,由刀片面的斜度与穿过切削刃的径向线形成的角度。

斜坡铣削Z 轴运动与 X、Y 或组合轴运动同时进行的组合。

前角与切屑接触的切削刃顶面的倾斜度。前刀控制切削力和切削刃强度的程度。

前刀面堆积 工件材料在刀具前刀面上的压力焊接和堆积。

斜坡铣削一种高级形式的 3D 面铣。

壳铣刀适配一种主轴安装适配,设计用于直径为 1.5 至 6 英寸的面铣刀。壳铣刀适配器包含一个中心导向器、径向键和一个用于将刀具固定到适配器的中心螺栓。

侧铣一种铣削类型,其中工件的表面垂直于机床主轴,而刀具安装在心轴上。

槽铣一种用于产生槽或通道的铣削。

方肩铣刀 用于以 90 度主角进行方肩铣削的刀具。方肩面铣刀的进给力发生在径向上。

方肩端面铣削一种铣削类型,旨在执行面铣刀和立铣刀的操作。

表面光洁度图案测量的工件表面轮廓特征。表面光洁度最重要的变量是粗糙度。

切向力沿切削速度方向作用在刀具前刀面上的力。切向切削力代表刀具旋转的阻力,约占总切削力的 70%。

摆线铣削一种先进的 3D 面铣形式,使用高速加工技术。摆线铣削可最大限度地减少切屑负载的变化,并实现高且恒定的进给率,并且最常用的是低径向切削深度和高轴向切削深度。

真实前角给定金属切削应用中前角的累积。也表示为 TRA。

变螺距铣刀 具有不等间距刀片的刀具,用于减少振动或颤振。

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