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  在切削加工中,为了最大限度地提高加工质量和重复精度,必须正确地选择和确定合适的刀具,对于一些具有挑战性的高难度加工,这一点尤其重要。本文针对在一些困难加工条件下(如采用高速刀具路径,铣削狭小部位、直壁和石墨工件时),应如何合理选择铣刀提供一些指导原则。

 


  图1大直径铣刀与小直径铣刀的接触表面对比


  如今的CAD/CAM系统可通过在高速摆线刀具路径中精确控制吃刀弧长(注:摆线刀具路径是在沿一根直线滚动的圆上一个固定点所形成的曲线路径),而获得极高的切削精度。即使当铣刀切入转角或其它复杂几何形状时,其吃刀量也不会增大。为了充分利用这种技术进步,刀具制造商设计开发了先进的小直径铣刀。与直径较大的铣刀相比,小直径铣刀价格更低,而且通过采用高速刀具路径,往往能在单位时间内切除更多工件材料。这是因为大直径铣刀与工件的接触表面更大,因此需要降低进给速度,采用更为传统的小进给率。因此,小直径铣刀反而能获得更高的金属去除率。

 


  图2适合加工硬金属材料的几种铣刀类型


  不过,刀具设计者仍然需要确保这些小直径铣刀不仅适用于摆线切削,还要与被切削的工件材料相匹配。如今,许多高效刀具的几何刃形都是针对特定的被加工材料和所采用的切削技术而专门设计的。例如,采用优化的刀具路径,可用一把6刃铣刀在硬度达HRC54的H13钢上铣出全槽。用一把直径为12.7mm的铣刀即可切制出宽度为25.4mm的槽。如果用直径12.7mm的铣刀加工宽度为12.7mm的槽,刀具就会与工件产生过多表面接触,并导致刀具很快失效。


  一项有用的经验法则是:使用直径约为工件最窄部位尺寸1/2的铣刀。在本例中,工件最窄部位是宽度为25.4mm的槽,因此,所使用铣刀的最大直径不应超过12.7mm。当铣刀半径小于工件最窄部位尺寸时,刀具就有左右移动的空间,并能获得最小的吃刀角度。这意味着铣刀可以采用更多的切削刃和更高的进给率。

 


  图3适合加工狭小部位的环形铣刀


  机床刚度也有助于确定可使用刀具的尺寸。例如,在40锥度的机床上进行切削加工时,铣刀直径通常应<12.7mm。直径较大的铣刀会产生可能超过机床承受能力的较大切削力,导致颤振、变形、表面光洁度变差和刀具寿命缩短。


  此外,采用直径为工件最窄部位尺寸1/2的铣刀时,可以保持较小的吃刀角度,且在刀具转向时也不会增大。例如,工件加工程序采用的走刀步距为10%,则吃刀角度为37°。如果采用陈旧、传统的刀具路径,铣刀每次改变方向时,其吃刀角度都将增大到127°。而采用较新的高速刀具路径时,铣刀在转角处发出的声音与直线切削时并无二致。如果一把铣刀在所有切削过程中所发出的声音都相同,表明其未受到大的热冲击和机械冲击。如果铣刀在每次转向或切入转角时都发出尖啸声,则表明可能需要减小铣刀直径尺寸,以减小吃刀角度。如果切削发出的声音保持不变,表明铣刀承受的切削压力均匀一致,并未随着工件几何形状的变化而上下波动,这是因为其吃刀角度始终保持恒定。

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