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铣削

面铣

面铣

面铣工序包括:

  • 普通面铣
  • 高进给铣削
  • 重载面铣
  • 使用Wiper (修光刃) 刀片进行精加工
 

普通面铣

什么是成功的面铣?

面铣是最常见的铣削工序,可使用多种不同的刀具来执行。最常用的是45°主偏角铣刀,但是,在某些情况下也可使用圆刀片铣刀、方肩铣刀和三面刃铣刀。务必选择适合相关工序的铣刀以确保最佳生产率 (参见下面的有关刀具选择的信息)。

刀具选择

​面铣刀概览

下图所示为不同的铣刀就切深ap和每齿进给量fz而言的主要应用范围。

 

不同主偏角产生的切削力方向。

10°-65°面铣和插铣刀

这种范围广泛的铣刀主要用于面铣工序,但是,适合插铣的主偏角非常小的铣刀也属于该组。

​45°铣刀

  • 一般用途的首选
  • 在长悬伸和装夹刚性差时减少振动
  • 切屑减薄效应可实现更高的生产率

​90°铣刀

  • 薄壁零件
  • 装夹刚性差的零件
  • 需要90°成形的应用

圆刀片铣刀和大圆角铣刀

圆刀片铣刀的功能非常强大,具有出色的坡走铣能力,既可用于高要求的面铣工序,又可用于仿形切削工序。

  • 通用铣刀
  • 强度最高的切削刃
  • 每个刀片有许多条切削刃
  • 特别适合ISO S高温合金。
  • 平稳的切削作用
 

方法选择 - 示例

面铣

25°-65°主偏角 90°主偏角 10°主偏角

优点

+ 高生产率

+ 针对面铣经过优化

+ 多刃刀片选项

缺点

- 中切深

优点

+ 可用于许多其他工序的通用铣刀

+ 低轴向力
(对薄壁零件有利)

+ 相对于刀片尺寸较大的切深

缺点

- 生产率较低

优点

+ 高生产率

+ 极高进给

+ 切削力多为轴向 (有利于确保主轴稳定性)

缺点

- 小切深

高生产率
基本选择
功能强大
混合生产
高生产率
问题解决方案

如何应用

对断续表面进行面铣

铣削时,应避免覆盖中断处

  • 铣削时,应尽可能避免覆盖中断处 (孔或槽)。这类断续切削会导致多次进刀和不利退刀,因此对刀具切削刃的要求较高
  • 或者,在越过包含中断处的工件区域时,将推荐的进给率降低50%,以确保退刀时产生薄切屑

薄壁和易变形面的面铣

  • 考虑与工件和夹具稳定性有关的主切削力方向
  • 铣削轴向刚性差的零件时,使用90°方肩铣刀,以引导轴向方向上的大部分切削力
  • 或者,使用轻快切削面铣刀
  • 避免使用小于0.5-2 mm的轴向切深,以最大限度地减少轴向力
  • 使用疏齿铣刀,以使参与切削的切削刃数量尽可能少
  • 使用锋利的正前角 (-L) 槽型,以最大限度地减少切削力
  • 使用不等齿距铣刀作为问题解决方案

使用面铣刀对易变性薄壁进行端面铣削

 
  • 对易变性薄壁进行面铣时,应使铣刀中心与工件中心错开。切削将变得更平稳,切削力将被更均匀地引导向薄壁方向,从而降低振动风险
  • 合理选择铣刀齿距从而确保始终有多于一个刀片参与切削
  • 尽可能使用轻载刀片槽型 (轻载优先于中载,中载优先于重载)
  • 选择较小的刀尖圆弧和较短的平行煅,以降低薄壁零件振动风险
  • 使用低切削参数、小切深ap和低每齿进给量fz

应用检查表和提示

圆弧切入
 
 
  • 考虑机床稳定性、主轴规格和类型 (立式还是卧式) 以及可用功率
  • 使用直径比工件大20%-50%的铣刀
  • 考虑最大切屑厚度,合理布置铣刀与工件相对位置以实现最佳进给
  • 铣刀中心与工件中心不重合,以在退刀时产生最薄的切屑
  • 采用顺铣以确保有利的切屑形成,即切屑从厚到薄
  • 编程时确保铣刀以圆弧切入工件,或切入工件时降低进给以实现平稳进刀

保持铣刀与工件始终接触。

  • 采用顺铣以确保有利的切屑形成,即切屑从厚到薄
  • 优化刀具路径避免过多的切入和切出
  • 应尽量避免频繁地切入和切出工件。这可能在切削刃上产生不利的应力,或导致停机和振动趋势。建议所编程的刀具路径应能使铣刀与工件保持完全接触,而不是执行多次平行走刀。改变方向时,采用小圆弧走刀路径,以使铣刀保持进给并始终吃刀
 

高进给铣削

什么是成功的高进给铣削?

加工铝合金时以及有时使用CBN或陶瓷刀片加工铸铁时,可使用高于1000 m/min的切削速度,这将实现非常高的工作台进给vf。这种类型的加工叫做高速加工 (HSM)。

铣削短切屑材料 (例如灰口铸铁) 时,可使用超密齿面铣刀,以实现高工作台进给。加工高温合金材料时,切削速度通常较低,此时,超密齿距将实现高工作台进给。

使用主偏角较小的铣刀时或使用圆刀片铣刀时,由于其切屑减薄效应,能够以非常高的每齿进给量 (可达4 mm/z) 进行面铣。虽然切深被限制为小于2.8 mm,极高的进给却使其成为一种高生产率铣削方法。特定铣刀经过优化,能够以小切深实现进给极高的铣削。小主偏角是进行轻载、高速、高进给铣削所需的前提条件。

刀具选择

高进给​铣刀 圆刀片铣刀 中载高进给铣刀
​最大切深 (ap),
mm
​1.2-2​1.31.3​​10​7/82.8​
刀具直径 (Dc),
mm​
25-160​​10-25​4-2025-160​​10-42/
25-125
​63-160
材料

高进给铣刀:

  • 主偏角为10°的高生产率高进给面铣刀,能够实现非常高的每齿进给量fz
  • 以小切深ap实现高进给率
  • 针对淬硬钢高速加工经过优化的高精度刀具
  • 以极高的进给率对轮廓和非对称结构进行粗加工到半精加工

注意:对于圆刀片铣刀和大圆角铣刀,ap值应始终远远低于最大推荐值,以实现高进给铣削

圆刀片铣刀:

  • 减小切深增加切屑减薄效应
  • 平稳的切削作用
  • 覆盖从困难到简单工况的通用铣刀

如何应用

小主偏角铣刀

由于ap较小时的切屑减薄效应,主偏角非常小的铣刀能够实现进给fz的大幅提高。

 
 
​iC尺寸,mm未切削材料
​iC​Rb​ apx​
​9​2.57.05​1.2​0.79​
​14​3.512.0​2.0​1.48​

最大切屑厚度将因小主偏角而大大减少。这样能够使用极高的进给率,而不会使刀片过载。

注意:避免始终紧靠90°方肩加工,因为小主偏角的积极作用将消失,即切深将显著增加。

像往常一样,必须根据具体工况降低并调整进给率,以避免出现可能损坏刀片的振动。

圆刀片铣刀

切屑厚度hex随切深ap的变化而变化。​将高进给铣削技术与圆刀片铣刀搭配使用时,应保持小切深 (最大为刀片直径iC的10%,否则,切屑减薄效应将减弱且必须降低进给,参见图示)。

注意:使用圆刀片铣刀时,在接近直壁/方肩时务必降低进给,因为切深会突然增加。

 

用于普通粗加工的高强度刀片

​使用圆刀片时,切屑负荷和主偏角随切深变化。​在切深小于刀片直径iC的25%时可达到最佳性能。

 
 

重载面铣

什么是成功的重载面铣?

重载面铣应用包括在大型龙门铣床和大功率铣床或加工中心中对锻造或热轧材料毛坯、铸件和焊接结构件进行粗铣。因为去除大量的材料,从而会产生高温和高切削力,这将对铣削刀片提出特定的要求:

  • 主切削刃在达到最大切深时能够承受重载
  • 当切深接近零时,耐磨氧化皮会使刀尖处出现磨损

​重载铣刀的最佳主偏角为60°。这种设计可确保:

  • 良好的切深能力、相对均匀的切削力以及允许使用高进给率的切屑减薄效应
  • 铣刀的轴向间隙赋予刀片较宽的平行煅,从而能够加工出良好的表面质量

刀具选择

重载面铣刀
​主偏角 (κr),
mm
​60°​45°90°​​圆刀片
​最大切深 (ap),
mm
​13/18​10​15.7​12.5
​铣刀直径 (Dc),mm​160-500​80-250​40-200​66-200
材料

60°重载铣刀

  • 刀具的设计可实现快速换刀,从而缩短停机时间并在机床中安全、快速地进行刀片转位
  • 切削能力可达18 mm,可确保良好的金属去除率并加工余量不均的工件表面
  • 高生产率 - 每齿进给率为0.4-0.7 mm/z
  • 较宽的平行煅能够确保良好的半精加工结果
  • 高强度刀片圆角在小切深时能够抵抗耐磨氧化皮的磨损
  • 铣刀的强度可确保安全地完成要求非常高的切削

45°-90°中载铣刀

  • 具有最轻快切削能力的中载面铣刀
  • 0.2-0.6 mm进给范围内,切深可达6-8 mm
  • 用于较大型加工中心,适合苛刻工况
  • 可与Wiper (修光刃) 刀片一起用于铣削光洁度良好的表面
  • 中载面铣和方肩铣的首选

大型圆刀片铣刀

  • 中等重载铣刀,具有高强度切削刃,适合苛刻工况,例如去除氧化皮和断续切削。圆刀片槽型能够实现平稳的切削作用
  • 在合理工况下可以转位8次
  • 最大切深为10 mm。推荐的最大切屑厚度的变化幅度可达0.55 mm/z,具体取决于刀片槽型和切深

如何应用

在重载应用中,使用大直径铣刀和大尺寸刀片。切削速度正常,但是,大ap和高fz以及大ae可共同实现非常高的生产率。

切入

由于重载铣削中经常出现恶劣工况,因此,正确切入通常至关重要。

  • 如有可能,将刀具路径编程为圆弧切入
  • 如果不可能,则降低进给,直到铣刀完全切入

铣刀位置和尺寸

在需要执行多次走刀以铣削大表面的重载铣削中,请务必遵守有关以下几方面的建议:

  • 铣刀位置和吃刀量
  • 相对于机床能力的铣刀尺寸
  • 优化刀具路径,以避免不利的退刀

当心高温

高要求的重载铣削将产生高温。使用磁性工作台夹紧零件时,加工所产生的大量切屑通常会被留在铣刀周围。这会导致排屑中断以及对切屑进行二次切削,从而缩短刀具寿命。为了避免这种情况,应确保切削区域没有切屑。增加切深以使工件表面接触点更接近刀片强度更高的主切削刃,以防止容易损坏的刀尖剐蹭到耐磨表皮和氧化皮。

注意:为铣刀安装转位刀片时,戴上手套以免因高温而受伤。

 

使用Wiper (修光刃) 刀片进行精加工

在面铣工序中如何获得良好的表面质量

使用标准刀片搭配一个或多个Wiper (修光刃) 刀片可获得出色的表面质量。Wiper (修光刃) 刀片在带调整装置的直径较大的超密齿铣刀中以高每转进给量fn工作时效率最高。

在仍然保持良好表面质量的情况下,可将每转进给量增加约4倍。对大多数材料进行面铣时都能使用Wiper (修光刃) 刀片加工出良好的表面结构 - 即使在不利工况下也不例外。

刀具选择

铣刀
​主偏角 (Kr),
mm
45°​45°​65°​90°​​25°90°​
最大切深 (ap),
mm
​610​​6​10​0.98.1​
刀具直径 (Dc),mm​​40-250​32-250​40-250​40-200​80-250​125-500
​表面质量 (Ra)​< 1.0​< 1.0​< 1.0​< 1.0​< 1.0​< 1.0
材料

Wiper (修光刃) 刀片提供不同的修光刃长度 (Bs),每种刀片通常有右手型和左手型两种版本。材质适用于大多数工件材料。当铣刀专为精加工工序而开发或提供包含刀座盒的解决方案时,常见的专用刀片座是可调刀片座。

如何应用

​在使用大型面铣刀的精加工工序中,通常需要保持低进给fz。然而,使用配备Wiper (修光刃) 刀片的铣刀时,可将进给提高2-3倍而不会影响表面质量。

以高进给实现镜面光洁度

表面粗糙度
进给fn
fn1 ≤ 0.8 * bs1 fn2 ≤ 0.6 * bs2
 
A:仅使用标准刀片
B:使用一个Wiper (修光刃) 刀片
C:fn = 每转进给量
 
bs1 bs2
 
  • fn超过标准刀片平行煅Bs长度的80%时,使用Wiper (修光刃) 将改进表面质量
  • 使用配备许多刀片的大直径铣刀时,当每转进给量fn增加时,必须使用Wiper (修光刃) 刀片来保持表面质量
  • 铣刀的轴向跳动量 (取决于主轴倾斜度、铣刀尺寸、安装和装夹精度) 会影响所加工表面的波纹度。大圆弧形的修光刃将对此进行补偿并加工出无台阶表面。每转进给量被限制为小于修光刃长度的60%时将确保这一点
  • 安装到带固定刀片座的铣刀上时,修光刃在切削刀片下方伸出约0.05 mm。对于采用刀座盒设计的铣刀,通常能够非常准确地将修光刃调整至该位置。Wiper (修光刃) 刀片承受比传统刀片更高的载荷,从而可能导致振动。因此,应使用数量有限的Wiper (修光刃) 刀片以中等切深进行轻载加工
  • 应使用小切深,以限制轴向力并降低振动风险。在精加工中,推荐的轴向切深为0.5-1.0 mm
  • 安装Wiper (修光刃) 刀片时需要格外小心,以正确定位长修光刃

示例:

  • 刀片的平行煅Bs长度为1.5 mm
  • 铣刀中有10个刀片,每齿进给量fz为0.3 mm。因此,每转进给量fn将为3 mm (平行煅长度的两倍)
  • 为了确保良好的表面质量,每转进给量最大应为1.5 mm×80% = 1.2 mm
  • 相应的Wiper (修光刃) 刀片的修光刃宽度将为8 mm左右
  • 结果:每转进给量可从1.2 mm增加至8 mm×60% = 4.8 mm

注意:必须将其他限制因素 (例如机床功率) 考虑在内。

应用检查表和提示

达到“镜面光洁度”的提示:

  • 使用高切削速度和/或金属陶瓷刀片获得光亮表面
  • 对于粘性ISO M和S材料,使用切削液或油雾
  • 具有锋利切削刃的PVD涂层刀片和0.5-0.8 mm的ap能够加工出最佳表面质量
  • 尽量使用与工作刀片材质相同的Wiper (修光刃) 刀片
 
 

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