數(shù)控銑刀機(jī)械加工之平面銑削加工

機(jī)械加工之平面銑削加工

銑削加工是指銑刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動，工件或銑刀作給運(yùn)動的切削加工方法。銑削是平面的主要加工方法之一。銑削時(shí)，零件隨工作臺的運(yùn)銑刀的旋轉(zhuǎn)是主運(yùn)動。銑床主要有三種：臥式多功能銑床、立式銑床和龍門銑床等。這些機(jī)床可以是普通機(jī)床，也可以是數(shù)控機(jī)床。

銑削的工藝特點(diǎn)：

1.生產(chǎn)：銑刀是典型的多齒刀具。并且參與刀削的切削刃較銑削時(shí)有幾個(gè)刀齒同時(shí)參加工作。且無刨削那樣的空回行程，切削速度也較高。但加工狹長平面或長直刨削比銑削生產(chǎn)率高。

2.刀齒散熱比較好：銑刀刀齒在切離工件的一段時(shí)間內(nèi)，可以得到一定的冷卻，散熱條件較好，刀具壽命較長。

3.銑削時(shí)存在沖擊：銑刀各刀齒的切削是斷續(xù)的，銑削過程中參與切削的刀齒數(shù)是變化的，切削厚度也是變化的，因此切削力是變化的，導(dǎo)致切削過程中存在沖擊。

4.加工精度：加工精度一般為IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra值為1.6～3.2mm。

端銑與端銑刀：端銑是用排列在銑刀端部的刀齒進(jìn)行銑削，所用銑刀稱為端銑刀。端銑刀的結(jié)構(gòu)型式有整體式和鑲齒式。端銑一般在立式銑床上進(jìn)行。

周銑及圓柱銑刀：周銑是用分布在銑刀圓柱面上的切削刃進(jìn)行銑削，所用銑刀稱為圓柱銑刀，圓柱銑刀也分整體式和鑲齒式兩種。

順銑與逆銑：

逆銑每個(gè)刀齒的切削層厚度是由零大到多值。刀齒接觸工件的初期，不能切入工件，而是在工件表面上擠壓、滑行，使刀齒與工件之間的摩擦加大，加速刀具磨損，同時(shí)也使表面質(zhì)量下降。順銑時(shí)，每個(gè)刀齒的切削層厚度是由大減小到零。

順銑：順銑時(shí)，每個(gè)刀齒的切削層厚度是由大減小到零。逆銑時(shí)，銑削力上抬工件；而順銑時(shí)，銑削力將工件壓向工作臺，減少了工件振動的可能性，尤其銑削薄而長的工件時(shí)，更為有利。

順銑時(shí)忽大忽小的水平分力Ff與工件的進(jìn)給方向是相同的，工作臺進(jìn)給絲杠與固定螺母之間一般都存在間隙，間隙在進(jìn)給方向的前方。由于Ff的作用使工件連同工作臺和絲桿一起向前竄動，造成進(jìn)給量突然增大甚至打刀。而逆銑水平分力與進(jìn)給方向相反，銑削過程中工作臺絲桿始終壓向螺母，不會引起工件竄動。

逆銑與順銑的確定：

根據(jù)上面分析，當(dāng)工件表面有硬皮，機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)有間隙時(shí)，應(yīng)選用逆銑。因?yàn)槟驺姇r(shí)，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刃；機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的間隙不會引起振動和爬行，因此粗銑時(shí)應(yīng)盡量采用逆銑。

當(dāng)工件表面無硬皮，機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)無間隙時(shí)，應(yīng)選用順銑。因?yàn)轫樸娂庸ず?，零件表面質(zhì)量好，刀齒磨損小因此，精銑時(shí)，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鈦合金或耐熱合金時(shí)，應(yīng)盡量采用順銑。

銑削的主要應(yīng)用：

銑削主要用來加工平面(包括水平面、垂直面和斜面)、溝槽、成形面和切斷等。單件、小批生產(chǎn)中，加工小、中型工件多用升降臺式銑床(臥式和立式兩種)。加工中、大型工件時(shí)可以采用龍門銑床。龍門銑床與龍門刨床相似，有3～4個(gè)可同時(shí)工作的銑頭，生產(chǎn)率高，廣泛用于成批和大量生產(chǎn)中。在單件小批生產(chǎn)中，有些盤狀成形零件，也可以用立銑刀在立式銑床上加工。

螺紋

螺紋或許您知道。

1.車削螺紋

車螺紋通常是工件上終一道切削工序，而它常被忽視及遭誤解，為此有或許付出很大的代價(jià)。假如用錯(cuò)刀具而發(fā)生問題，就會糟蹋大量時(shí)刻和金錢。乃至運(yùn)用“正確的”刀具也或許產(chǎn)生問題。因?yàn)檐嚶菁y是一道復(fù)雜而又不常做的作業(yè)（車削工序中5%是車螺紋），許多時(shí)候終端客戶不想采取步驟優(yōu)化這道工序因而，挑選正確的車螺紋刀具，選用適合的切削參數(shù)，識別和處理螺紋的問題十分必要。

運(yùn)用螺紋車刀時(shí)，需求考慮在一般加工中不會遇到的切削力和其他因素。在車螺紋工序中的切削力比直線切削工序大100至1000倍。這些軸向，徑向和切向力作用在一塊比車削用可轉(zhuǎn)為刀片小得多的硬質(zhì)合金上

PS：軸向力與進(jìn)給量有關(guān)，因螺距關(guān)系，進(jìn)給量是固定的。徑向力是與刀件半徑相反方向的力。切削力向下。

橫向進(jìn)給速度等于螺紋導(dǎo)程，這是固定的，進(jìn)給速度能夠是一般車削的10倍，以滿意導(dǎo)程要求。進(jìn)給速度或許受到機(jī)床橫向蕞大進(jìn)給速度的約束。螺紋形狀是特定的。刀片的幾何形狀是固定的，不能改變，這就約束了操控切削力的或許性。車螺紋還阻礙散熱，因?yàn)檩^大的力集中在一塊較小的面積上。也就是說，車螺紋比一般車削產(chǎn)生的熱量要多。

2.刀片類型

01

切削刃長  

02

內(nèi)徑/外徑

E:外徑螺紋. I：內(nèi)徑螺紋  N（舊內(nèi)徑螺紋）

03

方向      

R：右  L：左

04

螺距      

05

螺紋      

60

V型＝60°

55

V型=55°

ISO

公制螺紋

NPT

世界管螺紋

RD

圓頂螺紋

30°梯形螺紋

補(bǔ)白：詳細(xì)請參考各品牌樣本

3.刀具方向

右旋螺紋

方向1

方向2：

左旋螺紋

4.刀片的挑選

被加工資

加工內(nèi)螺紋還是外螺紋

蕞小孔徑（內(nèi)螺紋）

刀具方向

根據(jù)刀片規(guī)范和方向挑選相應(yīng)刀具

06

根據(jù)刀片的尺度挑選刀墊大小  

07

根據(jù)螺距的尺度挑選刀墊類型

5.進(jìn)刀方法

橫向進(jìn)刀視點(diǎn)

徑向進(jìn)刀0°對中

優(yōu)點(diǎn)

缺陷

刀片悉數(shù)刀刃對螺紋牙型兩邊一起切削，防止刀刃崩刀。

排屑困難，在切削高速強(qiáng)度資料時(shí)簡單崩刃，產(chǎn)生毛刺的或許性增大。

因?yàn)樵诰嚶菁y時(shí)整個(gè)切削刃悉數(shù)切入，簡單引起振刀。

齒側(cè)30°進(jìn)刀

運(yùn)用刀片側(cè)刃進(jìn)給切削，使切屑簡單排出切削區(qū)域，這就削減刀片后沿構(gòu)成毛刺的問題，為了防止因?yàn)榈度泻笱貨_突而下降表面光潔度，崩刃或齒側(cè)面過度的磨損，橫向進(jìn)刀的視點(diǎn)應(yīng)小于螺紋齒形角3°-5°，這是一種齒側(cè)面批改

刀片或許有沖突的現(xiàn)象而使刃口崩刃，在切削軟而粘性的金屬，如低碳鋼，鋁，不銹鋼時(shí)，會碰壞表面

較好進(jìn)刀方法

批改齒側(cè)進(jìn)刀

刀片一起切削螺紋牙形兩邊，防止像0°進(jìn)刀時(shí)簡單發(fā)生崩刃，雖然也會構(gòu)成或排屑溝槽，但是因?yàn)榍行己穸炔黄骄欣谂判?，猶如齒側(cè)進(jìn)刀這是比較好的進(jìn)刀方法，尤其是運(yùn)用油斷屑槽的刀片。

和徑向?qū)χ羞M(jìn)刀的缺陷相同，但是在下降切削力方面比較顯著，一起排屑的問題也得到處理。

側(cè)齒替換進(jìn)刀

因?yàn)閮蛇吳邢魅衅骄\(yùn)用，提高了刀片的壽數(shù)。

PS：運(yùn)用這種進(jìn)刀方法對一些機(jī)床或許需求特殊編程功用

傳統(tǒng)機(jī)床加工困難。

6.改進(jìn)表面質(zhì)量

連續(xù)遞增-獲得不變的切屑面積

這包含相對較大的初始值（0.2-0.35mm），并且與螺紋牙形的詳細(xì)深度有關(guān)，此值會逐步下降且以0.02-0.09mm的進(jìn)給進(jìn)行精加工，終一次走到能夠不進(jìn)刀空走刀，這是用于消除切削過程中的反彈，這種走刀方法比較常見。

穩(wěn)定進(jìn)刀量-蕞佳切屑和較好刀具壽數(shù)

通過固定螺紋切削周期中的某一個(gè)參數(shù)，而使切屑厚度穩(wěn)定，進(jìn)而能夠構(gòu)成蕞佳切屑。初始值大約為0.18-0.12mm，實(shí)踐值由上一次走刀（至少應(yīng)為0.08mm）的詳細(xì)值斷定。

6.刀具問題/辦法

磨損小崩刃

1.運(yùn)用適宜的原料。

2.增加刀桿剛性。

3.查看刀片是否正常夾緊。

4.削減振蕩。

前刃面磨損

1.下降切削速度。

2.運(yùn)用冷卻液。

3.運(yùn)用硬度更高的原料。

積屑瘤

1.運(yùn)用切削液。

2.加速切削速度。

3.運(yùn)用更適宜的原料。

熱龜裂

2.運(yùn)用更適宜的冷卻液。

塑性變形

1.運(yùn)用硬度更高的原料。

2.下降切削速度。

3.削減切深。

4.運(yùn)用適宜冷卻液。

崩刃

1.運(yùn)用韌性更強(qiáng)原料。

2.削減切深。

3.查看機(jī)床和刀具的穩(wěn)定性。

立銑刀夾頭的挑選與運(yùn)用

雖然每種類型的刀具夾頭都對某種特定的切削加工獨(dú)具優(yōu)勢，但一些加工車間需求的卻是能在大部分時(shí)間里適用于多種不同加工的刀具夾頭。此外，關(guān)于立銑加工而言，高質(zhì)量的旁邊面鎖緊（sidelock）夾頭或ER繃簧夾頭或許是蕞佳挑選。雖然市場上也有各種高功能刀具夾頭，但它們并非總是必不可少，或許因?yàn)閮r(jià)格昂貴而令人卻步。

立銑加工時(shí)，刀具首要受到側(cè)向推力的效果。因而，這意味著夾頭夾持刀具的界面（不管其為何種類型）將成為東西體系的薄弱環(huán)節(jié)之一。

旁邊面鎖緊式立銑刀夾頭選用緊固螺釘來確保刀具安全。當(dāng)擰緊螺釘時(shí)，它會與刀具柄部的Weldon平面觸摸。因?yàn)榫o固螺釘擰緊時(shí)會把刀具面向一邊，因而旁邊面鎖緊夾頭的同心度并不理想，然后增大了東西體系的徑跳差錯(cuò)和不平衡量。不過，因?yàn)榫o固螺釘能起到物理止動效果，這種夾頭的確能供給強(qiáng)壯的夾持力，可防止立銑刀在重載粗銑加工時(shí)發(fā)作移位和被拉脫。

同心度更好的繃簧夾頭

ER繃簧夾頭由夾頭體、刺進(jìn)夾頭體內(nèi)的彈性夾筒和一個(gè)套在夾筒上可收緊螺紋的螺母組成。當(dāng)擰緊螺母時(shí)，環(huán)抱圓形刀柄的彈性夾筒可對刀柄施加強(qiáng)壯的夾緊力。

繃簧夾頭可完成對刀具的高同心度夾持，因而與旁邊面鎖緊夾頭比較，能取得更長的刀具壽數(shù)和更高的進(jìn)給速度，并能改進(jìn)工件的表面光亮度。因?yàn)榭嚮蓨A頭的同心度好，因而刀具的所有切削刃都能均勻一致地參與切削。而旁邊面鎖緊夾頭在夾緊時(shí)會將刀具推離中心方位，因而銑刀某一邊的切削刃將會承擔(dān)更多切削負(fù)荷，一旦該切削刃磨損，整個(gè)刀具就會提早失效。

因?yàn)闆]有物理止動組織，繃簧夾頭的夾持力要小于旁邊面鎖緊夾頭?？嚮蓨A頭環(huán)抱刀柄，并利用摩擦力來夾持刀具。銑削加工時(shí)，因?yàn)閵A筒的方位要比夾頭稍微高出一點(diǎn)，因而側(cè)向切削負(fù)荷所發(fā)作的壓力首要效果于夾筒和螺母，而不是夾頭體上，因而簡單形成夾筒撓曲變形。

因?yàn)榫哂辛己玫耐亩群推胶庑?，繃簧夾頭可在主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)30,000r/min的加工中運(yùn)用。而旁邊面鎖緊夾頭因?yàn)樵诟咚傩D(zhuǎn)時(shí)徑跳差錯(cuò)和不平衡量增大，因而很難供給更長的刀具壽數(shù)，并且存在切削刃破損的危險(xiǎn)。

圖1 Big Kaiser的繃簧夾頭和銑夾頭選用無槽口螺母，表面滑潤光亮，與旁邊面鎖緊夾頭比較，合適更高的加工速度

運(yùn)用同心度好的夾頭（如繃簧夾頭）與旁邊面鎖緊夾頭比較，其徑跳差錯(cuò)更小，然后能明顯進(jìn)步刀具的切削功能和運(yùn)用壽數(shù)（關(guān)于直徑12.7mm以下的小直徑立銑刀特別如此）。用小直徑立銑刀加工時(shí)，立銑刀夾頭孔內(nèi)只要有幾微米的跳動，就或許導(dǎo)致刀尖處發(fā)作很大的徑跳差錯(cuò)。

典型的徑跳差錯(cuò)有多大呢？高及繃簧夾頭在4倍直徑處的徑跳差錯(cuò)約為0.0025mm。中檔繃簧夾頭的徑跳差錯(cuò)則或許達(dá)到0.0076-0.0127mm。在理想狀況下，旁邊面鎖緊夾頭的跳動差錯(cuò)約為0.0127mm，但該差錯(cuò)值大于0.025mm的狀況更為常見。

刀具拉脫問題

用于重載粗銑加工時(shí)，假如立銑刀夾頭剛性較差，則有或許形成刀具移位，甚至從夾頭中被拉出。旁邊面鎖緊夾頭的優(yōu)勢在于：在重載粗銑加工時(shí)，緊固螺釘能夠防止刀具從夾頭孔中被拉出，這種狀況有或許會發(fā)作，特別在加工高溫合金和鈦合金時(shí)。

圖2 用于CAT和Coromant

Capto（左）接口的旁邊面鎖緊夾頭利用緊固螺絲來防止立銑刀在重載粗銑時(shí)發(fā)作滑移和拉脫

假如所選用的立銑刀的切削刃有大于50°螺旋角，則刀具螺旋切入工件時(shí)會發(fā)作一個(gè)負(fù)的軸向力，該效果力趨向于將刀具從夾頭中拉出。刀具的螺旋角越大，發(fā)作的負(fù)軸向力就越大，刀具被拉脫的或許性也越大。

在加工高溫合金和鈦合金時(shí)，發(fā)作的負(fù)軸向力特別大，這首要是因?yàn)榇祟愘Y料的強(qiáng)度和韌性及佳，部分也是因?yàn)槠渚哂懈呋貜椥浴ＴS多航空制造業(yè)的加工車間都將某種類型的旁邊面鎖緊夾頭作為其所有粗銑加工的規(guī)范化解決方案，因?yàn)樗麄兌紡那坝龅竭^刀具被拉脫的狀況。在選用大螺旋角立銑刀加工鋁合金時(shí)，因?yàn)殇X的粘性很大，也有或許導(dǎo)致刀具被拉脫。

在大切削力的效果下，繃簧夾頭更簡單發(fā)作刀具移位或被拉脫的狀況。繃簧夾頭具有不錯(cuò)的夾緊力，但單靠這種夾緊力，只能防止刀具切削時(shí)在夾筒孔中翻滾，而并不總是足以防止刀具被拉脫。

當(dāng)?shù)毒唛_始被拉出，而繃簧夾頭無法阻撓其滑移時(shí)，刀具或許會被拉長。假如你正嘗試加工重要的零件特征，或需求經(jīng)確操控加工深度，但現(xiàn)在刀具長度變得比它應(yīng)有的更長，你就會誤切掉不該切除的工件資料。

另一種解決方案

加工車間一直在尋找比旁邊面鎖緊夾頭功能更優(yōu)良的立銑刀夾頭，但因?yàn)榕赃吤骀i緊夾頭能夠防止刀具拉脫的潛在危險(xiǎn)，因而人們不得不繼續(xù)運(yùn)用它，特別是在重載粗銑加工中。

Haimer公司面臨航空制造業(yè)用戶提出的挑戰(zhàn)，他們需求進(jìn)行重載粗銑加工，但又不愿意運(yùn)用旁邊面鎖緊夾頭，因?yàn)樗鼤绊懙毒邏蹟?shù)和平衡功能，并且加工表面光亮度也不夠好。

Haimer公司開發(fā)了Safe-Lock安全夾持技能，并將其應(yīng)用于Power Collet

Chuck繃簧夾頭中。他們與一些刀具制造商合作，推出了帶有螺旋形凹槽（稱為“Haimer凹槽”）的立銑刀。目的是終究用Safe-Lock凹槽取代Weldon平面，作為規(guī)范的刀具止動組織。

如圖3所示，用戶將帶有螺旋形凹槽的Safe-Lock銑刀刺進(jìn)夾頭中，并與夾筒后部的安全銷可靠銜接，即可防止刀具翻滾或從夾頭中被拉出。此外，該規(guī)劃可使夾筒坐落夾頭更深處，然后可防止夾筒在側(cè)向載荷效果下?lián)锨冃芜@一ER繃簧夾頭的老大難問題。

圖3 Safe-Lock體系示意圖

繃簧夾頭的正確運(yùn)用

接受采訪的每個(gè)業(yè)內(nèi)人士都同意，繃簧夾頭的一個(gè)常見問題是刀具夾持過緊。夾持過緊會使夾筒變形，并下降夾持強(qiáng)度和精度。

當(dāng)擰緊螺母時(shí)，它向下移動并與夾筒表面觸摸，然后發(fā)作摩擦力。假如螺母擰得太緊，摩擦力就會迫使夾筒頂部發(fā)作歪曲。這樣非但不能增大夾持力，反而會減小夾持力，因?yàn)閵A持過緊會使遍地的觸摸路徑發(fā)作差異，并引起更大的徑跳差錯(cuò)。

繃簧夾頭的正確夾緊方式是遵循夾頭供貨商引薦的扭矩值，而不同夾頭的引薦扭矩值各不相同。

通過運(yùn)用扭矩扳手，能夠防止大部分夾持過緊的狀況。當(dāng)操作者擰緊夾筒上的螺母時(shí)，為了確保刀具被真實(shí)夾緊，他們往往會用一般扳手來擰緊螺母，并用錘子敲擊扳手，或許用一根長的加力桿套在扳手上，盡或許把螺母擰得越緊越好，這樣終究或許會損壞夾頭螺紋。雖然夾頭供貨商一般主張用戶運(yùn)用扭矩扳手，但有些加工車間將其視為一種會添加本錢的備用東西，因而不愿花錢購買。

另一個(gè)常見問題是沒有對繃簧夾頭進(jìn)行清潔。為了堅(jiān)持繃簧夾頭的精度，在安裝夾頭之前，有必要對夾頭體、夾筒和螺母進(jìn)行完全清洗。夾筒孔周圍假如有任何灰塵或塵垢，都會影響徑跳精度和夾持力。

此外，根據(jù)夾頭規(guī)劃原理，夾筒會逐步磨損，磨損到必定程度就有必要替換，因而需求不斷盯梢夾筒的磨損狀況。假如刀具壽數(shù)突然下降或徑跳差錯(cuò)增大，就表明夾筒需求替換。我們主張，平常應(yīng)仔細(xì)檢查和清潔夾筒，并定時(shí)進(jìn)行替換。

圖4 Rego-Fix在瑞士工廠出產(chǎn)的ER繃簧夾頭具有良好的同心度和一致性

重視技能培訓(xùn)

出現(xiàn)上述問題的部分原因是操作者對怎么運(yùn)用繃簧夾頭缺少恰當(dāng)培訓(xùn)，包含了解堵頭螺釘?shù)男Ч４蠖鄶?shù)繃簧夾頭的夾筒后邊都有一個(gè)堵頭螺釘，有些人對它的運(yùn)用并不正確，用它來設(shè)定刀具長度。他們把刀具刺進(jìn)夾筒中，將螺釘向上擰，用螺釘端部頂住刀具，一起擰緊螺母。當(dāng)夾筒向下拉時(shí)，因?yàn)榈毒弑宦葆敹瞬宽斪。蚨鵁o法隨夾筒一起移動，然后使所有擰緊力轉(zhuǎn)化為摩擦力，終究減小了對刀具的夾緊力。

菱齒立銑刀銑削碳纖維復(fù)合資料的切削功能研討

碳纖維復(fù)合資料（CFRP）是以碳纖維為增強(qiáng)體的樹脂基復(fù)合資料，具有比強(qiáng)度和比模量高，抗皮勞功能優(yōu)異，減振功能好，安全功能高，可明顯下降結(jié)構(gòu)件的分量等優(yōu)異功能，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于航空航天、轎車、能源及體育器材等領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合資料零件與其他資料零件裝配聯(lián)接時(shí)，銑削加工是取得準(zhǔn)確幾何形狀的首要形式之一。因?yàn)樘祭w維復(fù)合資料各向異性的特色，層間強(qiáng)度低而碳纖維硬度高，在銑削過程中易發(fā)作分層、翻邊及毛刺等缺點(diǎn)，嚴(yán)峻影響了刀具使用壽數(shù)和工件外表質(zhì)量。

近年來國內(nèi)外學(xué)者對碳纖維復(fù)合資料加工理論展開了廣泛研討。Iliescu等剖析了纖維方向?qū)喭獗頁p傷深度及切削力的影響，研討標(biāo)明，隨著纖維方向的增加，工件亞外表的損傷深度隨之增加，刀具的前角對切削力的巨細(xì)及亞外表的損傷深度影響較小；Devi Kalla等使用圓柱雙刃銑刀銑削多向鋪層復(fù)合資料并建立了銑削力的猜測模型；鮑永杰等以單層碳纖維復(fù)合資料為研討目標(biāo)，選用單點(diǎn)飛切探究了撕裂缺點(diǎn)的構(gòu)成過程，剖析了刀具類型、鉆削力及切削速度等因素對鉆孔缺點(diǎn)的影響規(guī)律?，F(xiàn)在針對碳纖維復(fù)合資料加工的研討，大部分會集在鉆孔方面，國內(nèi)尚無成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合資料專用銑削刀具。

本文提出了菱齒型立銑刀的規(guī)劃方案，并選用一般右旋金剛石涂層立銑刀、新式菱齒金剛石涂層立銑刀以及菱齒未涂層立銑刀，對碳纖維復(fù)合資料進(jìn)行側(cè)銑實(shí)驗(yàn)。在相同切削條件下，經(jīng)過對銑削過程中工件加工外表質(zhì)量、刀具壽數(shù)以及刀具磨損描摹的比照研討，探討了金剛石涂層的菱齒立銑刀銑削碳纖維復(fù)合資料的切削加工功能。

1.菱齒型立銑刀規(guī)劃原理

在碳纖維復(fù)合資料的銑削加工中，一般硬質(zhì)合金立銑刀作為一種傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的刀具依然存在于生產(chǎn)領(lǐng)域。一般右旋立銑刀銑削碳纖維復(fù)合資料加工如圖1所示。銑削過程中，因?yàn)榈毒哂倚菪堑拇嬖?，?fù)合資料的上、下外表均遭到斜向上的切削力效果，此刻資料下外表的纖維層剛性較好，簡單徹底被堵截；而資料上外表的纖維層因?yàn)槿狈ι戏降闹钨Y料，不簡單徹底被堵截，因而在工件的上外表易呈現(xiàn)毛刺、撕裂，乃至是分層現(xiàn)象，影響工件外表質(zhì)量。

新式菱齒立銑刀的刃型如圖2所示，菱齒型立銑刀經(jīng)過右旋向和左旋向的開槽磨削，構(gòu)成了數(shù)量較多的切削刃。在每個(gè)菱形的刀齒上，都具有右旋切削刃和左旋切削刃。銑削時(shí)，碳纖維復(fù)合資料既遭到右旋切削刃向上切削分力的效果，也遭到了左旋切削刃向下切削分力的效果，因而纖維層資料受力均衡，切削過程平穩(wěn)。因?yàn)榱恺X型立銑刀在任一截面均有右旋刃和左旋刃一起參加切削加工（見圖3），在較塊切削速度的效果下，工件外表層纖維資料一起遭到了向上和向下切削力的效果，類似于剪刀原理，纖維資料輕易被剪斷，能夠有用地防止工件上、下外表撕裂、毛刺等加工缺點(diǎn)的發(fā)作，提高復(fù)合資料的加工質(zhì)量。

2.實(shí)驗(yàn)條件

   實(shí)驗(yàn)刀具選用金剛石涂層一般右旋立銑刀、金剛石涂層菱齒立銑刀以及未涂層的菱齒立銑刀，如圖4所示，刀具幾何參數(shù)如表1所示。實(shí)驗(yàn)工件資料為T300型碳纖維復(fù)合資料，工件資料功能如表2所示。

   切削實(shí)驗(yàn)在福裕立式加工中心QP2033-L上進(jìn)行，刀柄BT40-KMC32-105，加工條件如表3所示。實(shí)驗(yàn)后，選用Keyence顯微鏡（類型：VHX-100）調(diào)查工件外表質(zhì)量以及刀具切削刃的磨損情況。

 3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與剖析

（1）工件外表質(zhì)量比照剖析。在相同的切削加工條件下，一般金剛石涂層右旋立銑刀側(cè)銑碳纖維復(fù)合資料3m后工件的外表質(zhì)量如圖5所示。從圖中能夠看出，工件上外表呈現(xiàn)了明顯的毛刺和撕裂現(xiàn)象，而下外表加工質(zhì)量良好。

圖6所示為金剛石涂層菱齒立銑刀側(cè)銑碳纖維復(fù)合資料3m后工件的外表質(zhì)量照片。從圖中能夠看出，碳纖維復(fù)合資料工件的上、下外表均未呈現(xiàn)毛刺、撕裂等加工缺點(diǎn)，加工外表質(zhì)量明顯優(yōu)于一般立銑刀。圖7所示為未涂層菱齒立銑刀側(cè)銑碳纖維復(fù)合資料3m后工件的外表質(zhì)量圖片。由圖可見，工件的上、下外表呈現(xiàn)了細(xì)微的毛刺現(xiàn)象，加工外表質(zhì)量優(yōu)于一般立銑刀，但比金剛石涂層菱齒立銑刀差。這首要是因?yàn)楣ぜY料中的碳纖維硬度較高、未涂層刀具磨損較塊的原因。

（2）刀具壽數(shù)比照剖析。圖8所示為3款銑刀側(cè)銑碳纖維復(fù)合資料的刀具磨損曲線。若不考慮碳纖維復(fù)合資料外表質(zhì)量，僅以刀具后刀面磨損量VB=0.1mm作為刀具磨鈍規(guī)范，在到達(dá)磨鈍規(guī)范時(shí)，菱齒金剛石涂層立銑刀的切削間隔為63m，一般立銑刀的切削間隔為18m，而菱齒未涂層立銑刀的切削間隔僅為7m。金剛石涂層一般右旋立銑刀的刀具磨損比相同涂層的菱齒立銑刀要塊得多，這首要是因?yàn)榱恺X立銑刀的切削刃數(shù)量在規(guī)劃上明顯多于一般立銑刀，在任一橫截面上，一起參加切削加工的切削刃約8個(gè)（見圖3），為一般右旋立銑刀的2倍。在相同轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度下，菱齒立銑刀每齒承當(dāng)?shù)那邢髁Ρ纫话懔姷缎。蚨瑸榻饎偸繉拥牧恺X立銑刀刃口磨損比一般立銑刀緩慢。比照金剛石涂層菱齒立銑刀和未涂層的菱齒立銑刀，能夠發(fā)現(xiàn)金剛石涂層的菱齒立銑刀的刀具壽數(shù)約是未涂層菱齒立銑刀的9倍。

（3）切削刃磨損比照剖析。因?yàn)樘祭w維復(fù)合資料的切屑呈粉末狀，刀具的磨損首要發(fā)作在切削刃和后刀面鄰近。刀具后刀面磨損值VB=0.1mm的刀具磨損如圖9所示。從圖9a中能夠看出，一般右旋立銑刀前端切削刃的后刀面磨損顯現(xiàn)為均勻磨損，在靠近工件上外表的方位呈現(xiàn)異常鴻溝磨損，開始剖析因?yàn)樘祭w維上外表殘留毛刺對刀具不斷沖擊構(gòu)成鴻溝劇烈磨損，露出發(fā)亮的硬質(zhì)合金基體資料，刀具磨損嚴(yán)峻。比較之下，圖9b所示菱齒金剛石涂層立銑刀則顯現(xiàn)出良好的耐磨性，加工63m后刀具后刀面磨損量才到達(dá)0.1mm，其右旋刃外表金剛石涂層已被磨損掉，而左旋刃外表金剛石涂層僅發(fā)作細(xì)微磨損。圖9c所示的未涂層菱齒立銑刀在切削7m后，右旋刃和左旋刃都呈現(xiàn)了嚴(yán)峻磨損。這首要是因?yàn)樘祭w維復(fù)合資料首要成分是碳，其硬度非常高，在切削加工時(shí)，碳原子與刀具外表發(fā)作劇烈沖突，當(dāng)硬質(zhì)合金刀具外表沒有涂層保護(hù)時(shí)，刀具后刀面非常簡單發(fā)作磨損。而金剛石涂層的硬度非常高，能夠到達(dá)8 000HV，在切削加工碳纖維復(fù)合資料時(shí)，金剛石涂層能夠有用保護(hù)刀具刃口，從而減緩刀具后刀面的磨損。

4. 結(jié)語

（1）因?yàn)榱恺X型立銑刀在每個(gè)刀齒上均有右旋刃和左旋刃，在任一橫截面上均一起有右旋刃和左旋刃參加切削，構(gòu)成的剪切合力易于將碳纖維絲束剪斷，可有用抑制碳纖維復(fù)合資料外表毛刺、撕裂等現(xiàn)象的發(fā)作，提高工件加工外表質(zhì)量。

（2）相同金剛石涂層的菱齒立銑刀和一般右旋立銑刀比較，因?yàn)榱恺X立銑刀一起參加切削的刃數(shù)約為一般右旋立銑刀的2倍，故菱齒立銑刀每齒承當(dāng)切削力較小，刀具后刀面磨損緩慢；未涂層的菱齒立銑刀在銑削碳纖維復(fù)合資料時(shí)，因?yàn)榈毒咄獗頉]有金剛石涂層的保護(hù)，刀具后刀面磨損速度非常塊。

（3）綜上所述，新式金剛石涂層菱齒立銑刀適合于碳纖維復(fù)合資料的銑削加工。