正確選擇孔加工策略

　　大多數(shù)人都同意，目前鉆削仍然是在各種工件材料上大批量加工孔最常用的加工方法。當(dāng)然，對(duì)于每一特定尺寸的孔，就需要一種其直徑與被加工孔徑相差不到千分之幾英寸的鉆頭。這就意味著，為了加工各種不同尺寸的孔，加工車間必須預(yù)備大量鉆頭。

　　當(dāng)被加工的孔徑較大，如大于11/2″(38.1mm)時(shí)，對(duì)孔加工機(jī)床的功率和穩(wěn)定性要求就變得十分重要。還有一個(gè)必須考慮的因素：是需要高效率加工大量的孔，還是僅僅需要加工少量的孔。此外，機(jī)床的加工能力和適用刀具的供貨能力也是加工車間必須考慮的重要問題。

　　瓦爾特美國公司的產(chǎn)品經(jīng)理PatrickNehls指出：“在鉆削孔徑44.45mm以下的孔時(shí)，采用可轉(zhuǎn)位鉆頭將非常經(jīng)濟(jì)和高效，但超過這一尺寸的孔則很少采用可轉(zhuǎn)位鉆頭加工，甚至很少采用鉆削方式加工。”

　　在確定采用何種孔加工策略時(shí)，山特維克可樂滿公司建議考慮以下5個(gè)要素：①孔徑、孔深、公差、表面光潔度和孔的結(jié)構(gòu);②工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括夾持的穩(wěn)定性、懸伸量和回轉(zhuǎn)性;③機(jī)床的功率、轉(zhuǎn)速、冷卻液系統(tǒng)和穩(wěn)定性;④加工批量(10個(gè)孔或上百萬個(gè)孔);⑤加工成本。

　　一旦確定了需要加工的孔徑和孔深，接下來的問題就是完成這些孔加工所需要的機(jī)床加工能力和刀具供貨能力，這取決于加工車間擁有機(jī)床的刀庫和自動(dòng)換刀裝置，以及刀具制造商提供的適用刀具。

　　本文討論的孔加工范圍不包括采用套料鉆加工3″～6″(76.2～152.4mm)的大直徑孔(如用槍鉆加工深孔)以及鏜孔加工。除非另有說明，假定孔深一般不超過5倍孔徑(5D)。

　　可鉆削加工孔的尺寸上限取決于機(jī)床驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆入工件材料所需要的功率和穩(wěn)定性。山特維克可樂滿公司的旋轉(zhuǎn)刀具產(chǎn)品經(jīng)理BruceCarter解釋說：“鉆削加工的限制一般取決于機(jī)床加工能力，包括機(jī)床的尺寸、功率、安裝、進(jìn)給力和扭矩。例如，在考慮機(jī)床功率時(shí)，確定機(jī)床所能提供的整個(gè)馬力和扭矩范圍是非常重要的。”

　　隨著刀具技術(shù)、機(jī)床技術(shù)的發(fā)展以及可方便地實(shí)現(xiàn)固定路徑編程，螺旋插補(bǔ)銑削(即螺旋銑削)、圓周插補(bǔ)銑削和插銑(即Z軸銑削)正成為制造商加工大直徑孔和凹腔的有效選擇。對(duì)于此類加工，鉆削可能并非最佳加工方式。

　　(1)螺旋插補(bǔ)銑削是用銑刀斜向銑入工件毛坯或已加工出的預(yù)孔，然后在作X/Y向圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿Z軸螺旋向下銑削，以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔加工。

　　(2)圓周插補(bǔ)銑削是銑刀圍繞已加工預(yù)孔的外徑或內(nèi)徑以全齒深進(jìn)行走刀銑削，以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔加工。

　　(3)插銑(或Z軸銑削)通過沿著工件的肩壁逐次進(jìn)行插切，在粗銑出凹腔的同時(shí)加工(鉆削)出一個(gè)新的孔。

　　“螺旋和圓周插補(bǔ)銑削能夠利用有限的機(jī)床功率(如10馬力[7.5kW]或15馬力[11.2kW])加工出采用普通鉆頭或可轉(zhuǎn)位鉆頭無法加工的大直徑孔，”英格索爾刀具公司的產(chǎn)品經(jīng)理KonradForman解釋說，“為了鉆削一個(gè)大直徑孔，傳統(tǒng)的加工方式是首先用一個(gè)較小直徑的鉆頭鉆孔，然后逐次換用更大直徑的鉆頭擴(kuò)大孔徑。這就必須購置所需要的各種鉆頭，并要花費(fèi)額外的時(shí)間更換鉆頭。而采用一把銑刀同時(shí)在X/Y/Z三軸方向進(jìn)行螺旋斜坡銑削，可以直接在無預(yù)孔的毛坯材料上加工出所需要的孔徑尺寸。”Forman說，只要工藝運(yùn)用得當(dāng)，高效銑刀能夠加工出圓度在0.0005"(0.013mm)以內(nèi)并具有良好表面光潔度的孔。

　　螺旋插補(bǔ)銑削可以使用多種不同類型的標(biāo)準(zhǔn)銑刀，包括方肩銑刀、圓形紐扣銑刀、高進(jìn)給銑刀、螺旋銑刀等。

　　大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都有用于螺旋插補(bǔ)加工的固定循環(huán)。在三軸加工機(jī)床中，這種固定循環(huán)可以完成X、Y、Z三個(gè)軸的快速編程。此外，CAM軟件程序中甚至包括了插補(bǔ)加工所需要的更復(fù)雜算法。

　　“只要用戶使用的不是老式的CAM軟件包或數(shù)控系統(tǒng)，他們就能很容易地生成螺旋刀位軌跡或圓周刀位軌跡�！庇⒏袼鳡柕毒吖�司的產(chǎn)品經(jīng)理WilliamFiorenza說，“在刀具和模具制造行業(yè)，大約60%的數(shù)控加工程序是由專業(yè)程序員離線編制的，他們能編寫出加工效率最高并可實(shí)現(xiàn)的刀具軌跡;而另外40%的加工程序則是由訓(xùn)練有素的機(jī)械工藝師編寫的。”

　　伊斯卡公司國內(nèi)培訓(xùn)經(jīng)理MichaelGadzinski指出，在螺旋和圓周插補(bǔ)加工中，刀片的切削長度和終端用戶希望保持的尺寸公差是需要考慮的關(guān)鍵因素�！翱梢允褂谜�體硬質(zhì)合金立銑刀，但通常僅限于加工淺孔，因?yàn)榈毒邐A持問題可能會(huì)限制插補(bǔ)加工的深度。深孔通常是采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金立銑刀或面銑刀進(jìn)行加工，以獲得更好的表面光潔度和更干凈、更平直的孔壁�！盙adzinski說。

　　插銑加工的出現(xiàn)已有相當(dāng)長的時(shí)間，而現(xiàn)在正變得日益流行�！安邈娂庸な艿綒g迎的一個(gè)原因是現(xiàn)在的機(jī)床技術(shù)和人機(jī)對(duì)話式編程使終端用戶能夠更容易地設(shè)定插銑步距，而無需對(duì)全部加工G碼進(jìn)行手工編程�！盙adzinski解釋說。近來，刀具制造商已開始集中力量設(shè)計(jì)開發(fā)具有最佳插銑功能的刀具。

　　在模具制造業(yè)，插銑已被公認(rèn)為是一種粗銑模具型腔的高效加工方式�！叭藗儼l(fā)現(xiàn)，采用插銑進(jìn)行粗加工能夠縮短加工時(shí)間，優(yōu)于通常采用的直線加工方式，”Gadzinski說。插銑后在工件上留下的棱狀刀痕可以通過螺旋銑削或常規(guī)的半精加工及精加工予以去除。

　　螺旋插補(bǔ)銑削是一種高效孔加工方式，正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。它要求刀具具有斜坡銑削功能。與圓周插補(bǔ)銑削相比，當(dāng)?shù)毒哐豘軸向下進(jìn)行斜坡銑孔時(shí)，向下的螺旋切削運(yùn)動(dòng)可以減小作用于刀具上的側(cè)向壓力，而圓周銑孔時(shí)刀具與工件的整個(gè)徑向接合面要承受全部切削力。

　　“當(dāng)工件上已鉆有預(yù)孔，而你想將其擴(kuò)大到某一特定尺寸時(shí)，采用圓周插補(bǔ)銑削非常有效，無論被加工孔是通孔還是盲孔�！鄙礁叩毒吖�司的產(chǎn)品經(jīng)理JimMinock解釋說，“首先將刀具插入孔中直至全刀深，然后圍繞孔進(jìn)行全圓周銑削。如果需要繼續(xù)增加孔的深度，可以降低刀具位置，然后重復(fù)進(jìn)行圓周銑削，直至將整個(gè)工件銑通�！�

　　對(duì)于可能采用的孔加工策略，唯一的限制是程序員和機(jī)械工藝師的想象力和編程技巧。以在28″(711.2mm)厚的4140材料工件上加工一個(gè)12″(304.8mm)的通孔為例，山高刀具公司通過采用螺旋插補(bǔ)斜坡銑削替代扁鉆/插銑工藝，能為用戶縮短2小時(shí)以上的加工時(shí)間。用戶原來采用的工藝是先用8″(203.2mm)的可轉(zhuǎn)位扁鉆鉆出一個(gè)深度為14″(355.6mm)的孔，再用直徑6″(152.4mm)的插銑刀將孔徑尺寸擴(kuò)大至12″(304.8mm)。然后將工件調(diào)頭，在工件的另一邊重復(fù)進(jìn)行上述加工，最后加工出一個(gè)通孔。山高刀具公司采用的優(yōu)化加工策略則是用一把直徑6.6″(167.6mm)的高進(jìn)給cassette銑刀進(jìn)行螺旋插補(bǔ)斜坡銑孔。用戶能在20分鐘內(nèi)完成孔的粗加工，用40分鐘即可完成孔的全部加工。而采用原工藝，工件每一邊的加工需耗時(shí)85.2分鐘，完成工件兩邊的全部加工則需要170.4分鐘。

　　螺旋插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)完全可以與斜坡運(yùn)動(dòng)或銑削輪廓的平面運(yùn)動(dòng)組合應(yīng)用。瓦爾特美國公司的Nehls解釋說：“當(dāng)你考察一下斜坡銑削或螺旋插補(bǔ)銑削，或斜坡銑削和工件輪廓的平面銑削，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們之間有許多相同之處。采用螺旋插補(bǔ)銑孔時(shí)，你是加工出一個(gè)圓孔并以螺旋方式向下走刀銑通整個(gè)工件，你完全也可以采用這種螺旋運(yùn)動(dòng)方式并將它轉(zhuǎn)而用于直線斜坡銑削，采用橫切工件而不是進(jìn)入工件的方式來銑削工件輪廓。”

　　在某些加工應(yīng)用中，創(chuàng)新性的加工技術(shù)可能需要采用一些新型的多功能鉆削刀具。英格索爾刀具公司的Forman描述了如何在一臺(tái)50錐度、50馬力(37.3kW)的機(jī)床上采用傳統(tǒng)加工方法，用Quad鉆頭在6Al4V鈦合金材料上快速插鉆出一個(gè)7″(177.8mm)深、4″(101.6mm)寬、11″(279.4mm)長的凹腔。

　　“開凹腔的傳統(tǒng)方式是先用一根直徑31/2″(88.9mm)的鉆頭斜向鉆出進(jìn)入孔，然后用一把21/2″(63.5mm)的面銑刀圍繞進(jìn)入孔走刀銑削，開始時(shí)采用短粗刀柄，長度不夠時(shí)則換用加長刀柄。由于底部有半徑1″(25.4mm)的圓弧，因此需要使用長柄球鼻銑刀加工�！�

　　“由于我們的Quad鉆頭能夠進(jìn)行插鉆，因此另一種加工方法是先用一根31/4″(82.55mm)的Quad鉆頭向下插鉆到盡可能深但又不會(huì)破壞底部圓弧的位置，然后用鉆頭以50%～75%的跨距橫向走刀加工出一個(gè)排屑通道，使鈦合金切屑能順暢排出而不會(huì)形成積屑瘤。使用相同的立銑刀沿側(cè)壁周圍走刀銑削，然后用球鼻立銑刀進(jìn)行精加工，也能輕松地加工出扇形凹腔�！盕orman最后說。

　　下面介紹幾種新型高效加工刀具：

　　(1)山高刀具公司的Turbo可轉(zhuǎn)位方肩立銑刀

　　這種高進(jìn)給刀具可用于螺旋插補(bǔ)銑孔和圓周銑孔。它采用一種獨(dú)特的刀片形狀，能以可有效減薄切屑的小切深和極高的進(jìn)給率進(jìn)行銑削，從而實(shí)現(xiàn)高金屬切除率。這種圓形刀具主要用于仿形銑削加工，但也能在螺旋銑削加工中進(jìn)行向下斜坡銑削和插補(bǔ)銑削。此外，使用與螺旋插補(bǔ)銑削所用的同一把Turbo立銑刀還可以完成插銑加工。

　　(2)山特維克可樂滿公司的CoroDrill880鉆頭

　　CoroDrill880鉆頭有4個(gè)切削刃和刮削刃，可用于螺旋插補(bǔ)加工、插鉆和鏜孔。目前已上市產(chǎn)品的規(guī)格為：鉆頭直徑0.473″～2.5″(12.7～63.5mm)，鉆頭長度2D～5D。CoroMill210的直徑可到4.0″(99.06mm)，可用于插銑和高進(jìn)給面銑。用CoroMill210進(jìn)行插銑(如銑削深凹腔或沿深肩壁銑削工件外部時(shí))能在軸向去除大量金屬材料。

　　(3)瓦爾特美國公司的Xtra-tecF4042肩銑刀

　　F4042肩銑刀可加工出具有良好表面光潔度的90°臺(tái)肩;F2330高進(jìn)給銑刀采用了三面擺線刃刀片;F2334圓形鈕扣刀片銑刀的后部實(shí)際上是正方形或六邊形，因此不需要采用頂部夾緊來防止轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以采用4個(gè)、6個(gè)和8個(gè)切削刃;F2280八邊形銑刀采用4個(gè)切削刃進(jìn)行螺旋插補(bǔ)銑削，刀片采用了2個(gè)相鄰刀尖。

　　(4)伊斯卡公司的Heliplus銑刀

　　Heliplus銑刀采用了22mm的加長切削刃，可用于陡峭的螺旋插補(bǔ)銑削、深腔插入銑削以及圓周插補(bǔ)銑削。在模具加工、大懸伸量加工和需要去除大量毛坯材料的加工中，可采用Plungemill銑刀和Feedmill銑刀進(jìn)行插銑加工。

　　(5)英格索爾刀具公司的Quad鉆頭

　　刀具直徑范圍0.625″～3.25″(15.9～82.6mm)的Quad鉆頭采用重載正方形刀片進(jìn)行插鉆加工;S-MAX插銑刀的直徑范圍為2″～4″(50.8～101.6mm)，可采用0.600″(15.24mm)大跨距加工;ChipSurfer整體硬質(zhì)合金插鉆-插銑刀具的直徑范圍為0.375″～0.625″(9.53～15.88mm)，適合加工包括不銹鋼、高溫合金在內(nèi)的各種工件材料;Punch-In-Quad大正角插銑刀的直徑范圍為0.75″～4.00″(19.05～101.6mm)，采用四邊形刀片。

　　(6)肯納金屬公司的Mill1Max系列刀具

　　該系列刀具設(shè)計(jì)用于航空鋁合金工件的高速、高進(jìn)給加工。Mill1Max系列刀具的刀尖圓弧半徑可選范圍為0.8～6.4mm;刀具種類包括立銑刀、套式銑刀和整體式刀柄(monoblock)工具夾頭等;KSOMMini系列面銑刀及刀片采用25°后角，刀片上有8個(gè)切削刃，可用于面銑、斜坡銑、螺旋斜坡銑、銑槽和插銑等加工。