[分享]可變螺旋角銑刀的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

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[p]當(dāng)演奏音樂時(shí)，樂器諧振形成愉悅、和諧的泛音常令人陶醉；但在金屬切削過程中，諧振產(chǎn)生的具有衍生能力的振動(dòng)和震顫，卻導(dǎo)致零件表面加工質(zhì)量降低、返修，甚至可能使工件報(bào)廢。?

[p]   借助幾何尺寸可變的立銑刀，能夠減少這種震顫。盡管這類刀具常常被稱為“可變螺旋角刀具”，但已是一種更廣義的概念。?

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[p]可變螺旋立銑刀有兩種基本的設(shè)計(jì)，一種設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是不相等(或不同)的螺旋角沿每一切削刃長(zhǎng)度是相同的,而另一種設(shè)計(jì)是沿著切削刃的長(zhǎng)度，其螺旋角是廣泛可調(diào)的。例如，一把刀具前刀面的螺旋角是30°，中間某點(diǎn)的角度是37.5°，而后刀面的螺旋角可達(dá)到45°。螺旋角也同樣可以從37°開始變化到30°。“在切削過程中，刀具會(huì)受到阻尼的影響，這是由于立銑刀在以不同角度沿同一螺旋線進(jìn)行切削。”benchmark硬質(zhì)合金公司總裁paulst. louis解釋道。?

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[p]   melin工具公司車間主任bob srail先生補(bǔ)充說，只要工具制造商生產(chǎn)的刀具和工具磨床能夠加工，銑刀的螺旋角就能在較大的范圍內(nèi)變化。“大多數(shù)機(jī)床都能夠勝任對(duì)任何螺旋角的磨削”。?

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[p]   這兩種立銑刀都有不相同的螺旋槽間距(或不同的齒距)，因此能夠產(chǎn)生一個(gè)不同相位(異相)的切削運(yùn)動(dòng)從而阻止諧振的產(chǎn)生。例如，一把4槽立銑刀(或可變位的立銑刀)的齒距，在第1、2凹槽間為89°，2、3凹槽間為91°，以此類推，最終加起來等于360°。

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[p]  “通常當(dāng)用一把普通立銑刀加工時(shí)，會(huì)產(chǎn)生持續(xù)不斷的諧波振動(dòng)，這是以銑刀螺旋角相同、切削刃平均分配為前提的。”sgs工具公司執(zhí)行副總裁jeffburton先生指出，“任何可以干擾諧波的行為都能減低由此而產(chǎn)生的震顫。”sgs工具公司聲稱，通過將諧波振動(dòng)最小化，z-carb整體硬質(zhì)合金立銑刀(外形不變但螺旋角可變)可使材料切除率最大化。

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[p]   在niagara刀具公司技術(shù)主管dennis noland先生看來，ny基礎(chǔ)公司開發(fā)的正在申請(qǐng)專利的旋轉(zhuǎn)刀具能使情況得到改善。該設(shè)計(jì)通過對(duì)刀具產(chǎn)生的聲音模式的特別選擇，對(duì)“可變立銑刀”的概念進(jìn)行了改進(jìn)。不僅改變了排屑槽間的分度和螺旋線，同時(shí)也改變了前刀面傾角和退刀槽。因此，每個(gè)槽的切削刃都與其它的不同，每個(gè)槽的導(dǎo)程也不相同。“一般而言，對(duì)于一套給定幾何尺寸的立銑刀，當(dāng)你從各個(gè)方向觀察時(shí)，其螺旋角的變化不能超過5°的范圍,否則將會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性方面的問題。”由此而來的結(jié)果是一把刀具的各個(gè)切削刃在與工件表面接觸并沿工件表面移動(dòng)時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生清晰的聲音模式。“由于切削刃會(huì)產(chǎn)生不同的聲音模式，因此發(fā)生諧振的潛在危險(xiǎn)可能就被忽略了。”盡管niagara公司的可變螺旋角立銑刀沿每一條切削刃都有相同的幾何特征，但對(duì)每條切削刃而言，仍可能產(chǎn)生前角、退刀槽、螺旋線、甚至從前刀面到后刀面的完全改變。在用這種銑刀加工工件時(shí)，刀具將不斷改變其聲音模式，“對(duì)此，我們尚未完成研究，”他說，“這涉及到大量很復(fù)雜的試驗(yàn)操作程序。”在加工高溫、高強(qiáng)度合金材料時(shí)，niagara刀具公司的stabilizer

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[p]   ht立銑刀不同的齒距、前角、退刀槽、螺旋線可以有效地減輕加工中的振顫。

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[p]   vrk公司正在申請(qǐng)專利的silent pitch3槽、4槽和5槽立銑刀具有偏置的槽型及可變螺旋角，并且每把立銑刀只有兩條相同的螺旋線。可變的幾何尺寸使立銑刀能“幾乎無振顫地切削，并且以幾乎接近粗加工的速度來完成精加工。”

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[p]   3-d模擬軟件

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[p]   如果不是磨床3-d模擬軟件的出現(xiàn)，要改變立銑刀的螺旋角是不可能的。在刃磨這種立銑刀時(shí)，如果不借助模擬裝置，就會(huì)損壞數(shù)以百計(jì)的刀具和大量的砂輪。這種能使很多設(shè)計(jì)變化在幾分鐘內(nèi)完成的模擬裝置還能使更多的工作在辦公室里完成，而不用把時(shí)間耗費(fèi)在生產(chǎn)車間。過去磨一把直徑1/2″的立銑刀需耗時(shí)15min，而現(xiàn)在通過模擬裝置只需2～3min。?

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[p]   但模擬軟件及可以磨削可變螺旋角銑刀的磨床會(huì)導(dǎo)致這類刀具的很多終端用戶無法修磨現(xiàn)有的舊銑刀。而把刀具寄回給制造商進(jìn)行重銳同樣也不是辦法。對(duì)此，jeffdavis（harvey工具公司技術(shù)副總）說：“我們公司并不是一個(gè)真正意義上的刀具修磨廠商。我們的刀具價(jià)格足夠低，具有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力，因此與舊刀重銳相比，買一把新刀具也許是更好的選擇。”?

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[p]  與此相反，kennametal公司立銑刀和硬質(zhì)合金旋轉(zhuǎn)刀具產(chǎn)品市場(chǎng)部經(jīng)理steveabrams先生認(rèn)為：數(shù)量龐大的終端用戶期望在立銑刀磨損后能夠進(jìn)行重銳。而kennametal公司varimill銑刀的終端用戶可以在自已公司或當(dāng)?shù)氐牡毒咝弈シ?wù)中心進(jìn)行銑刀的重銳和再涂層，同樣可以達(dá)到新刀的效果。他解釋說，varimill立銑刀并不具有可變的或者不同的螺旋角，而是具有偏置的排屑槽以及沿排屑槽長(zhǎng)度上不變的前角來阻止諧振的產(chǎn)生，也就是使一個(gè)4槽立銑刀像兩個(gè)獨(dú)立的2槽立銑刀那樣工作。

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[p]   粗加工時(shí)間

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[p]   隨著震顫的消失，螺旋角可變的立銑刀能夠?qū)崿F(xiàn)很高的材料去除率。niagara公司的noland認(rèn)為，“在某些情況下，通過排除諧振產(chǎn)生的可能性，完全可以讓切削深度增加2倍、3倍甚至4倍。比如，可以在長(zhǎng)度為600mm以上的4340鋼材表面加工2mm深的細(xì)槽。”?

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[p]   sgs的burton說：盡管這種立銑刀同樣適用于精加工，但粗加工是人們通常認(rèn)為最顯著、最有效的加工工序，因?yàn)榇旨庸すば蚩梢栽黾硬牧先コ省Ｔ诤芏嗲闆r下，你能夠增加切削深度、切削寬度以及進(jìn)給量。當(dāng)沒有受到有害振顫的影響時(shí)，你可以加大上述參數(shù)，更強(qiáng)有力的進(jìn)給刀具。此時(shí)，由于可變立銑刀避免了沿工件表面的跳動(dòng)，因此它能使精加工質(zhì)量與采用標(biāo)準(zhǔn)立銑刀進(jìn)行一次微小進(jìn)給精銑時(shí)的效果相同甚至更好。“你經(jīng)常可以見到未經(jīng)精加工的工件達(dá)到令人滿意的表面質(zhì)量。”burton這樣評(píng)價(jià)可變立銑刀的加工效果。“即使最終還是需要精銑，采用可變立銑刀也可以增加粗加工工序的切削量，從而提高加工效率。”?

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[p]   相反，如果一個(gè)終端用戶只需要進(jìn)行小進(jìn)給切削，那么可變立銑刀通常并不是最好的選擇。因?yàn)樗诩庸ぶ袩o法發(fā)揮能在高切削載荷下切削的優(yōu)勢(shì)。benchmark硬質(zhì)合金公司的stlouis先生說：“對(duì)只做小進(jìn)給精加工的用戶，我建議他們最好不用可變立銑刀而采用所能找到的最便宜的刀具；如果只是將可變立銑刀用來加工坯料的硬皮，那么它將無法發(fā)揮它在加工中減少振顫的優(yōu)勢(shì)。”

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[p]  機(jī)械問題

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[p]   由于可變螺旋角立銑刀的成本比標(biāo)準(zhǔn)立銑刀高20%～25%，因此并不適合廣泛用于各種機(jī)床。melin工具公司的srail先生認(rèn)為，“銑刀的使用取決于設(shè)備的類型。在舊的bridgepots機(jī)床上使用可變螺旋角立銑刀，在經(jīng)濟(jì)上當(dāng)然是不劃算的。”

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[p]  為了更有效地使用可變螺旋角立銑刀，理想的機(jī)床需至少擁有一個(gè)40°錐度的主軸，使用30°錐度的主軸將會(huì)產(chǎn)生很多偏差，但是也可以用，只是使用時(shí)需降低進(jìn)給量。?

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[p]   noland先生說：“一臺(tái)功率為15～20hp、主軸錐度為40°、最大速度可達(dá)10000rpm、安裝直徑1/2″（或更小）可變螺旋角立銑刀的機(jī)床，其生產(chǎn)率將大幅提高。甚至在老型bridgepot機(jī)床上，使用可變螺旋角立銑刀其效率也能成倍提高。”

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[p]   noland先生強(qiáng)調(diào)，不管使用什么機(jī)床，當(dāng)進(jìn)行重切削時(shí)（比如銑削2mm深的細(xì)槽時(shí)），始終保持刀具冷卻是至關(guān)重要的。因此，需要高速供給大量的冷卻液。一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是要能讓冷卻液進(jìn)入切削區(qū)，保持切削區(qū)的溫度足夠低，以避免產(chǎn)生材料粘接。一旦發(fā)生材料粘接，刀具將很快產(chǎn)生故障并破損。內(nèi)冷卻刀具可作為一項(xiàng)選擇，但會(huì)增加不少成本。“在我們公司的可變立銑刀設(shè)計(jì)中尚未采取這種內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)，但這絕對(duì)是我們一直關(guān)注的方向。”?

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[p]   由于可變螺旋角立銑刀的幾何結(jié)構(gòu)，切削時(shí)不需要冷卻液。其表層通常涂覆tialn或altin涂層，這兩種涂層刀具都可適用于干式切削和準(zhǔn)干式切削。

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   要使生產(chǎn)率最大化，需要優(yōu)化加工系統(tǒng)中的每個(gè)因素，同樣也包括刀具本身。在刀具幾何結(jié)構(gòu)決定后，涂層可提供比其它因素更大的優(yōu)勢(shì)，刀具涂層和幾何結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合將為用戶帶來產(chǎn)出的最大化。如再使用高質(zhì)量硬質(zhì)合金基體，立銑刀將加工得更深。

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