Benchmark總裁談可變螺旋角銑刀特點與優勢

　　在金屬切削過程中，諧振產生的具有衍生能力的振動和震顫，卻導致零件表面加工質量降低、返修，甚至可能使工件報廢。　　

 

　　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。
    
　　可變螺旋立銑刀有兩種基本的設計，一種設計的特點是不相等(或不同)的螺旋角沿每一切削刃長度是相同的,而另一種設計是沿著切削刃的長度，其螺旋角是廣泛可調的。例如，一把刀具前刀面的螺旋角是30°，中間某點的角度是37.5°，而后刀面的螺旋角可達到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行切削。”Benchmark硬質合金公司總裁PaulSt.Louis解釋道。
    
　　Melin工具公司車間主任BobSrail先生補充說，只要工具制造商生產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變化。“大多數機床都能夠勝任對任何螺旋角的磨削”。
    
　　這兩種立銑刀都有不相同的螺旋槽間距(或不同的齒距)，因此能夠產生一個不同相位(異相)的切削運動從而阻止諧振的產生。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°。
    
　　“通常當用一把普通立銑刀加工時，會產生持續不斷的諧波振動，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生的震顫。”SGS工具公司聲稱，通過將諧波振動最小化，Z-Carb整體硬質合金立銑刀(外形不變但螺旋角可變)可使材料切除率最大化。
    
　　在Niagara刀具公司技術主管DennisNoland先生看來，NY基礎公司開發的正在申請專利的旋轉刀具能使情況得到改善。該設計通過對刀具產生的聲音模式的特別選擇，對“可變立銑刀”的概念進行了改進。不僅改變了排屑槽間的分度和螺旋線，同時也改變了前刀面傾角和退刀槽。因此，每個槽的切削刃都與其它的不同，每個槽的導程也不相同。“一般而言，對于一套給定幾何尺寸的立銑刀，當你從各個方向觀察時，其螺旋角的變化不能超過5°的范圍,否則將會產生穩定性方面的問題。”由此而來的結果是一把刀具的各個切削刃在與工件表面接觸并沿工件表面移動時，都會產生清晰的聲音模式。“由于切削刃會產生不同的聲音模式，因此發生諧振的潛在危險可能就被忽略了。”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，但對每條切削刃而言，仍可能產生前角、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，刀具將不斷改變其聲音模式，“對此，我們尚未完成研究，”他說，“這涉及到大量很復雜的試驗操作程序。”在加工高溫、高強度合金材料時，Niagara刀具公司的StabilizerHT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。
    
　　VRK公司正在申請專利的SilentPitch3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。”
    
　　3-D模擬軟件
    
　　如果不是磨床3-D模擬軟件的出現，要改變立銑刀的螺旋角是不可能的。在刃磨這種立銑刀時，如果不借助模擬裝置，就會損壞數以百計的刀具和大量的砂輪。這種能使很多設計變化在幾分鐘內完成的模擬裝置還能使更多的工作在辦公室里完成，而不用把時間耗費在生產車間。過去磨一把直徑1/2″的立銑刀需耗時15min，而現在通過模擬裝置只需2～3min。?
    
　　但模擬軟件及可以磨削可變螺旋角銑刀的磨床會導致這類刀具的很多終端用戶無法修磨現有的舊銑刀。而把刀具寄回給制造商進行重銳同樣也不是辦法。對此，JeffDavis（Harvey工具公司技術副總）說：“我們公司并不是一個真正意義上的刀具修磨廠商。我們的刀具價格足夠低，具有相當競爭力，因此與舊刀重銳相比，買一把新刀具也許是更好的選擇。”?
    
　　與此相反，Kennametal公司立銑刀和硬質合金旋轉刀具產品市場部經理SteveAbrams先生認為：數量龐大的終端用戶期望在立銑刀磨損后能夠進行重銳。而Kennametal公司VariMill銑刀的終端用戶可以在自已公司或當地的刀具修磨服務中心進行銑刀的重銳和再涂層，同樣可以達到新刀的效果。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度上不變的前角來阻止諧振的產生，也就是使一個4槽立銑刀像兩個獨立的2槽立銑刀那樣工作。

 

　　隨著震顫的消失，螺旋角可變的立銑刀能夠實現很高的材料去除率。Niagara公司的Noland認為，“在某些情況下，通過排除諧振產生的可能性，完全可以讓切削深度增加2倍、3倍甚至4倍。比如，可以在長度為600mm以上的4340鋼材表面加工2mm深的細槽。”?
    
　　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為最顯著、最有效的加工工序，因為粗加工工序可以增加材料去除率。在很多情況下，你能夠增加切削深度、切削寬度以及進給量。當沒有受到有害振顫的影響時，你可以加大上述參數，更強有力的進給刀具。此時，由于可變立銑刀避免了沿工件表面的跳動，因此它能使精加工質量與采用標準立銑刀進行一次微小進給精銑時的效果相同甚至更好。“你經常可以見到未經精加工的工件達到令人滿意的表面質量。”Burton這樣評價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。”?
    
　　相反，如果一個終端用戶只需要進行小進給切削，那么可變立銑刀通常并不是最好的選擇。因為它在加工中無法發揮能在高切削載荷下切削的優勢。Benchmark硬質合金公司的StLouis先生說：“對只做小進給精加工的用戶，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，那么它將無法發揮它在加工中減少振顫的優勢。”
    
　　機械問題
    
　　由于可變螺旋角立銑刀的成本比標準立銑刀高20%～25%，因此并不適合廣泛用于各種機床。
    
　　Melin工具公司的Srail先生認為，“銑刀的使用取決于設備的類型。在舊的Bridgepots機床上使用可變螺旋角立銑刀，在經濟上當然是不劃算的。”
    
　　為了更有效地使用可變螺旋角立銑刀，理想的機床需至少擁有一個40°錐度的主軸，使用30°錐度的主軸將會產生很多偏差，但是也可以用，只是使用時需降低進給量。?
    
　　Noland先生說：“一臺功率為15～20hp、主軸錐度為40°、最大速度可達10000rpm、安裝直徑1/2″（或更小）可變螺旋角立銑刀的機床，其生產率將大幅提高。甚至在老型Bridgepot機床上，使用可變螺旋角立銑刀其效率也能成倍提高。”?
    
　　Noland先生強調，不管使用什么機床，當進行重切削時（比如銑削2mm深的細槽時），始終保持刀具冷卻是至關重要的。因此，需要高速供給大量的冷卻液。一個重要的環節就是要能讓冷卻液進入切削區，保持切削區的溫度足夠低，以避免產生材料粘接。一旦發生材料粘接，刀具將很快產生故障并破損。內冷卻刀具可作為一項選擇，但會增加不少成本。“在我們公司的可變立銑刀設計中尚未采取這種內冷卻結構，但這絕對是我們一直關注的方向。”?
    
　　由于可變螺旋角立銑刀的幾何結構，切削時不需要冷卻液。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干式切削。
    
　　要使生產率最大化，需要優化加工系統中的每個因素，同樣也包括刀具本身。在刀具幾何結構決定后，涂層可提供比其它因素更大的優勢，刀具涂層和幾何結構的完美結合將為用戶帶來產出的最大化。如再使用高質量硬質合金基體，立銑刀將加工得更深。