在過去十年內,端銑出現了多種進展,包括新的刀具結構設計、韌性好且耐磨的硬質合金材質、可減少機床和刀具振動并縮短加工時間50%以上并延長刀具壽命的刀具路徑。這種去除金屬的新方法甚至可用于輕載機床上加工諸如鈦和耐熱合金類難加工材料。只要掌握好加工的基本原則并用CAM系統生成必要的刀具路徑,任何人都可以采用此方法進行銑削加工。

　　圖1 直線刀具路徑銑削在工件邊緣處去除材料

　　在采用最大性能銑削(maxi-mum-performance milling,MPM)方法之前,制造車間采用傳統的銑削方法,即采用中低的進給和切削速度用于重切加工。通常,切削寬度達到刀具直徑的80%以上,切削深度達到刀具直徑的100%以上。

　　盡管采用傳統方法的每次走刀可切除大量材料,但經常會導致刀具刃口微崩刃,并產生不可預期的結果和縮短刀具壽命。另外,此方法會產生大量切削熱,需要采用特殊的刀具涂層來應對。對立銑刀來說,需要合理設計刀具的徑向前角和芯部直徑來實現重切。如果采用特殊波紋刃口設計的粗加工立銑刀或玉米銑刀,則可用來斷屑并減輕重切時的刀具變形。。

　　圖2 擺線刀具路徑銑削適用于緊湊空間加工,如開槽和小型型腔銑削

　　隨著數控加工中心的出現和機床剛性的提升,順銑得以實現。順銑加工可增長刀具壽命和提高表面質量,但也會產生振動,振動通常在徑向切深為刀具直徑的60%-90%時發生。一旦產生振動,前刀面將拍擊工件材料,而不是卷屑和斷屑。順銑對銑刀和機床的要求都很高。

　　為了應對以上加工情況,機床制造商開發了功率和扭矩剛性足夠的機床,在連續重載時可進行長時間加工。同時改進機床主軸,使其可承受持續載荷。刀柄夾持刀具要可靠,以消除因切削力過高而造成的掉刀現象。由于傳統加工方法不屬于高速加工,對刀柄的跳動公差要求不高。

　　最大性能銑削

　　航空產品供應商可能最先認識到高效加工工藝的必要性。通過優化加工機翼和其它大型平面的余量去除工藝以及降低功率消耗可實現巨大的能源節約。通過優化刀具徑向路徑,使每次走刀能快速進給并切除少量材料。在切削過程中,保持穩定的切削載荷以防止刀具振動和損壞。

　　高效加工的方法之一是直線刀具路徑銑削,即采用徑向小切深和軸向大切深的刀具,沿工件內部或外部直線運動。順銑時切屑由厚到薄變化且徑向切削輕快,因此可采用大進給和切削速度的方法來實現最大性能銑削,這種加工方法可減少切削熱和降低切削力。

　　圖3 型腔中心顯示螺旋坡銑的終止位置以及螺線銑的開始位置,當銑刀進入較窄的區域時開始擺線銑削

　　另一種高效加工方法是擺線刀具路徑銑削,一種包含向前移動和逐步進刀的圓形銑削方式。銑刀沿螺線移動,重復層切被加工材料。擺線是一種2D刀具軌跡,也可用來銑槽和開腔,以解決空間狹小處的排屑問題。另外,擺線銑削也可用來清除零件型腔內部粗加工銑削時留下的大圓角。

　　曲線螺線也稱為漸變螺線,通常用于型腔銑削2D刀具路徑。通過等步距進刀直到加工完成零件特征,可減少不必要的刀具加速和減速。對所有的最大性能銑削方法,采用密齒立銑刀可增加進給速度,帶來更高的金屬去除率。

　　最大性能銑削的另一種類型用于型腔銑削。型腔銑削通常需要先加工出一個起始孔,可采用鉆頭鉆削或用底齒過中心的立銑刀進行螺旋坡銑加工出起始孔。螺旋坡銑時,立銑刀除沿直徑可達自身直徑2倍的圓周旋轉運動外,還同時沿Z軸向下進刀直到軸向深度。刀具沿圓周可順時針或逆時針運動,從而產生順銑或逆銑。

　　所有的最大性能銑削方法可能會用于同一零件的加工,這主要取決于零件的幾何特征、排屑以及現有CAM系統,并確定最適合的加工方法。。

　　圖4 此測試件采用本文中所有的刀具路徑方法

　　大芯軸直徑立銑刀適用于最大性能銑削,可提高剛性和保證高速進給。刀具銑削時的包角和切深需盡可能保持恒定,嚴格禁止在零件拐角處包角過大導致埋刀加工。

　　加工的先決條件

　　最大性能銑削可有效應用于多種材料的加工。為了正確使用這種加工方法,需要一些先決條件,比如一個優秀的CAM系統。生產周期的縮短是評價CAM系統的主要指標,另外,系統的易用性和縮短編程時間也是重要的考量指標。在自有設備上加工出正確的測試件可確保檢查CAM系統的工作效能。

　　相對于傳統銑削,最大性能銑削的進給速度可提高10倍以上。機床的控制或伺服系統必須快速和精確,以避免拐角處的過度加工或因為數據不足造成加工減速,并導致因進給不夠快速引起的刀具磨蝕加工。

　　最大性能銑削的主軸轉速較傳統加工方法可提高4-5倍,這主要取決于工件材料。當主軸轉速超過10000rpm,需采用動平衡良好的刀柄。盡管最大性能銑削的切削力很小,刀具掉刀仍是一個需要考慮的問題。因為最大性能銑削在更少的時間內切除更多的工件材料,推薦使用熱裝、液壓夾頭或帶安全鎖的刀柄,不推薦使用側固刀柄。

　　一旦滿足最大性能銑削的所有要素,就可以按照測試—文檔編制—加工工藝制定的順序開始工作,甚至老式機床設備也可采用最大性能銑削。