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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机床刀具,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。
高速刀具路径
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。
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,并导致非标刀具很快失效。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。
就这类刀柄与机床的联结方式来说,只用圆柱部分定位、夹紧的也不在少数。各种压力角的弹簧套系统,强力夹头系统,液压锁紧系统、热膨胀装夹系统、力变形锁紧系统等都是用于锁紧圆柱刀柄的。但各种夹持方式各有优点和缺点。就拿最常见的弹簧套系统来说,大的压力角(此处将压力角定义为锥面锁紧的正压力与圆柱轴线的夹角),即大的锥角代表锁紧行程较短,有利于快速地锁紧与松开,但在相同的锁紧力矩下分解到圆柱面上的正压力较小,由此产生的摩擦力距小,能够抵抗的切削力距也相应比较小,刀具易在刀柄中产生打滑的现象,影响加工过程的平稳性和加工表面质量;同时此类夹头可夹持的刀柄直径变化范围较大,有利于减少弹簧套的库存,优化管理。而小的压力角就相反。小的压力角的弹簧套可夹持的刀柄直径范围较小,夹紧时的锁紧行程较长,不利于快速夹紧与松开,但其夹持精度稍高,夹紧力大,能承受更大的切削载荷。