數(shù)控車銑加工技術應用

    車-銑加工曾是一個不明確的術語。有時將配備有旋轉刀具功能的車削加工中心稱為車-銑機床。而有一種特殊的金屬加工操作，真正值得被稱為“車-銑加工”，即在工件旋轉的同時，使用一把旋轉著的銑刀進行切削。
    有以下幾個理由，可以說明車間為什么想要使用這種加工方法。容易控制切屑是其一。能進行間斷切削另一個原因。目前至少一家刀具供應商 — 山特維克可樂滿(Sandvik Coromant)公司，已經(jīng)看到車-銑加工被頻繁地使用，將會有很好的市場前景，他們專門為這一操作開發(fā)出一些特殊刀具。山特維克的產(chǎn)品專家Jim Grimes為本文提供了很多有關車-銑加工技術方面的資料。他說，隨著先進的多功能車床被廣泛地使用，車-銑加工不再象通常人們想像的那樣加工，今天的車-銑機床用戶，將會體會到，這一新的加工方法的獲得，無一不是克服傳統(tǒng)車加工弊端的產(chǎn)物。
    刀具上安裝的wiper刀片緊跟并比進行切削加工的刀片稍微突出。目的是加工出好的零件表面粗糙度。
    從旋轉著的工件中心開始進行偏心車削，以保證切削刃緩慢地切入工件。

面臨挑戰(zhàn)的車-銑加工
    以下是車-銑加工解決的一些特殊技術難題的挑戰(zhàn)：
    刀具上安裝的wiper刀片緊跟并比進行切削加工的刀片稍微突出。目的是加工出好的零件表面粗糙度。
    從旋轉著的工件中心開始進行偏心車削，以保證切削刃緩慢地切入工件。
    大金屬切除率加工： 如果車削零件需要去除大量余量，車-銑加工應是一個最好的選擇。
    間斷切削： 車刀通常不能很好地用于間斷切削，而使用銑刀則能做得很好。銑削加工經(jīng)常被定義為一種間斷切削。所以凡是遇到進行間斷切削的場合，那將應該想到將車削加工改為車-銑加工。
    優(yōu)良的斷屑加工： 多次加工實踐證明，對某些零件材料，采取車-銑加工代替車削加工，可以消除以往的纏繞在刀頭的“鳥窩”狀切屑的現(xiàn)象。因為切削中復合了具有天然斷屑加工優(yōu)勢的銑削加工，將連續(xù)切屑折斷成容易排除的小碎片。
    柔性軸加工： 當車削長而細且中間還不能支撐的零件，使用車-銑加工能較好地防止零件在加工中產(chǎn)生撓(彎)曲 。與車削相比，理論上講，銑削能夠在刀具承受很小壓力的情況下切削零件。但實際上還需解決大量的技術難題。
    長時間加工： 在難加工材料切削中，一把車刀的使用壽命很短，而銑刀因為是通過多刃切削而分配切削載荷，所以能使用很長時間。由于銑刀有較長的使用壽命，所以能夠省去切削中間多次換刀的麻煩。
    偏心加工或異形加工： 銑刀的徑向(X軸)運動能夠與工件的旋轉運動相合，加工復雜零件的外形輪廓。Sandvik公司使用這一技術粗加工三葉狀圓錐形的“capto”刀具夾頭。同樣原理，在一次裝夾中，零件作旋轉運動，銑刀作往復運動，也能在一次裝夾中加工偏心的不對稱零件。加工汽車發(fā)動機的曲軸上的偏心軸也是一個很好的例子。但在加工精度方面還需作大量的研究工作。

車-銑加工技術
   車-銑加工，對機床沒有什么特別的要求，但最少得提供一個Y軸運動。
   工件的轉動為銑刀傳遞需要的進給速度(動力)，提供了C 軸運動。然而，工件需達到的切削速度是以ipm計量而不是車床的以spm計量(這意味著工件在車-銑加工中，比車削時的切削速度低很多)。但是，Y軸運動是需要的，因為這時的銑刀不得不做很多的偏心加工。而且刀具在進行偏心加工時，還不能加工到零件的要求尺寸，因為刀具在中心時，刀具中心與零件的旋轉中心正好相交，刀具只能使用其端面進行切削(即不能切削)，而不是用它的切削刃切削。為保證切削刃能適當?shù)剡M行切削，刀具中心線將必須偏移零件旋轉中心線至刀具直徑的1/4。 
   在車-銑加工中，有三種刀具能有效地使用，其主要原因是使用wiper刀片或切削刃。對于車-銑加工中的端面銑刀，可進行大型平面或重載間斷切削。鑲齒立銑刀用于臺階銑削。使用整體式立銑刀加工外圓零件和精銑較深的窄槽等。以上刀具的wiper刀片結構，是通過刀具四個切削刃中的兩個通往零件深處進切行削，達到高效高精度加工的。
   但使用這種方法，在刀具接近一個臺階和一槽兩側面加工時，就將出現(xiàn)問題。這時在偏心刀具加工后，將會在零件表面留下許多個圓角。
   為了加工掉這些圓角，刀具必須進行第二次加工。這時不再需要刀具偏斜，沿Y軸將刀具移動到零件的中心位置進行加工。而這次所謂的二次加工，沒有能夠切削到金屬材料(有時需要留些余量加工)，除非要求臺階處必須清根，而這在實際使用中是不允許的。
   在車-銑加工中，一個盡管使人不滿意但它確是無法改變的事實，是產(chǎn)生出加工零件的形狀誤差。銑刀在圍繞零件進行圓周銑削時，將在零件表面不可避免地形成一些有規(guī)律間隔的扇貝狀痕跡。這個誤差不能被完全消除，但是它能夠使用wiper刀片進行有效地控制。一個wiper刀片是一個緊跟著其它刀片之后，使切削刃在寬度方向上，稍微突出，使刀片切削刃正好延長至加工零件表面中，加工出新的切削表面，將扇形痕跡稍微地修平了一些。
   Grimes先生說，他的公司為車-銑加工開發(fā)的刀具都集中在wiper刀片結構上。這種wiper刀片結構的刀具，已經(jīng)使扇貝狀痕跡得以較好地控制。因為規(guī)律揭示，一個特殊的wiper刀片，使用戶能在選擇合理的車-銑加工參數(shù)下，將類似的這種給零件造成的形狀誤差，控制到一般產(chǎn)品質量可以允許的程度。

切削力和變形
    一個裝有wiper刀片的刀具是一個可以將四個切削刃中的兩個切削刃達到很深的零件中，使wiper刀片發(fā)生很大影響的整體式立銑刀。這一新結構刀具的另一個優(yōu)點是，這個刀具設計能在一個有利的切削方式下，改變切削力的方向。在車-銑加工中，當為使刀具獲得足夠切削力需要零件進行高速旋轉時，即產(chǎn)生一推向刀具軸方向的切削力。因為現(xiàn)在只有兩個切削刃位于刀具底部，這將較好地減小刀具切削力的軸向分力。這時的更大切削力，將作用于刀具的直徑方向。
    事實上，這一改變將使我們看出，車-銑加工與普通銑削加工之間的區(qū)別。在普通銑削加工中，沿著刀具軸向的切削力很小。而加工零件也正好裝夾在這一方向。但是，在車-銑加工中，零件一般多是長而細，且為兩端支撐而中間剛性最差。所以即使在刀具軸方向，作用于很小的切削力，也將會產(chǎn)生振動的趨勢。為在這一應用中使刀具軸方向的受力狀態(tài)更好，就要求設計出與眾不同的新型的刀具結構。這也是目前車-銑加工技術發(fā)展中，急需解決的技術難題。