可轉位銑刀"' http:>銑刀">銑刀加工工件時總是伴隨著振動，在車間里，可以感受到振動帶來的熟悉的聲音和感覺。當通過增大刀具的切削深度來提高金屬切削">金屬切削率時，往往會損壞刀具的刃尖，縮短機床的壽命。

除了提高機床性能外，還有一種方法可以改善加工狀況，那就是使用仿形銑刀。這種刀具又稱做“鈕扣刀具”。

仿形銑刀只是在傳統的立銑刀基礎上有一個簡單的變化，與傳統的菱形刀片或方形刀片不同，仿形銑刀使用圓形刀片。這個變化使仿形銑刀具備多種優點，其中大部分益處可以說是當今小切深，大進給，和高速加工發展趨勢下的一個補充。本文將分別介紹這些優點：

進刀能力強
加強螺旋銑和斜面加工能力
切削刃強度更高
更多的切削刃參與加工
低功率下獲得高切削率
接近精加工的粗加工

進刀

一些仿形銑刀可以象鉆頭">鉆頭那樣，直接進刀，切入工件。如：端銑刀式仿形銑刀，但僅在制造商在刀具末端留有足夠的間隙時才可以沿這個方向切削。套式仿形銑刀也可直接切入工件，但加工時功率消耗很大。

仿形銑刀不可能取代鉆頭，因為鉆削時參與加工的面積較大，超過了這種刀具所能承受的切削深度。但仿形銑刀這種可以直接切入工件的能力解決了加工中一個令人頭疼的問題：那就是在粗加工之前需要預鉆一個起始孔。

因為普通的可轉位立銑刀不能沿Z軸直接切入材料，所以需要預先鉆一個起始孔。另一種進刀方法是通過一個斜面進入，通常需要應用CAM軟件來完成。而使用仿形銑刀，這一步可以省去。可將刀具的進刀操作與型腔加工編為一個完整的程序，無需特別考慮刀具的進刀問題。這種可自由進刀的方式對于復雜型腔的粗加工，以及調用表面粗加工例行程序很有用。

螺旋插補

綜合運用仿形銑刀和螺旋插補可以容易、快速地加工大直徑孔。這種技術類似于螺紋銑削，三個軸（X、Y、Z）同時運動。但它又不同于螺旋銑削，因為用仿形銑刀加工不需要起始孔，就可以直接切入材料。此外，由于仿形銑刀有大的后角，螺旋插補過程中的升角可以很大，而且不用擔心會摩擦到切削刃的底部。這個簡單易行的過程帶來很多好處，可以用相同直徑的刀具加工不同尺寸的孔，只需將孔尺寸的變化編入程序。

一個典型的對比可以說明這種技術有提高效率的潛力。

切削刃強度

由于沒有尖角，在可轉位硬質合金刀片中，圓形刀片的切削刃強度最高。因此可用于重切削，或者不穩定條件下的粗加工。當需要使用長型刀具時，圓形刀片能承受更大的刀具偏轉和振動，允許加工中提高轉速、增大進給，同時減少崩刃的危險。

圖1：切削深度小時，圓形刀片效率更高，較小的切深減少了切肖的厚度，因此需要的功率也低。

圖2：仿形銑刀采用正的軸向減角，可使切削順暢，切削刃的支承也更好

使用圓形刀片時，切削力可以得到有效的分布。而對于典型的直角銑刀，刀具壓力主要為徑向力，這導致了刀具變形大，增加了振動和刀具破損的可能。圓形切削刃均勻地分散切削力，將更多的切削力轉化為軸向力。這正是使用加長型刀具時所希望的，因為減小徑向力也就減小了刀具變形。

但使用加工中心"' http:>臥式加工中心">臥式加工中心時則要小心。軸向力的增加可能使安裝在機床角板上的夾具出現撓曲，這是因為該結構不象在立式加工中心">立式加工中心上時那樣穩固。在臥式加工中心上，撓曲會帶來振動，進而會導致刀片出現輕微的崩刃。刀具壽命會因此而縮短，刀具破損的可能性加大。為了減少或避免這種情況，應該使用正軸向前角的刀具，這樣可以減小對工件向下推的力。

切削刃數目

圓形刀片還有一個優點就是比普通的硬質合金刀片擁有更多可用的切削刃。根據刀片的尺寸以及切削深度，圓形刀片可以有4到8次有效的轉位，材料去除量至少是普通菱形和方形刀片的兩倍。這種優勢可以減少操作者去工具室換新刀片的次數（保證了操作者的有效工作時間），減少了刀片的存貨量（降低庫存費用），降低了每條切削刃的成本。

例如，普通的菱形刀片價格大約為8美元一片，有兩條可用切削刃，每條切削刃的成本為4美元。方形刀片的成本是10美元，那么平均到每條切削刃就是2.5美元。

將這些刀片的成本與圓形刀片比較，圓形刀片每片的價格會達到11美元（多數情況下還要少些）。

假設在最惡劣條件－重切削－下加工，刀片只可以轉位4次，每切削刃的成本是2.75美元。更多的情況下，可以轉位8次，那么每條刃的成本就是1.38美元。通過實際應用和成本比較，圓形刀片不僅比其它類型刀片的金屬切削率高，其經濟性也頗具吸引力。

高切削率、低能耗

如果使用恰當，圓形刀片可擁有很高的金屬切削率，而不需要很高的機床功率。因為圓形刀片的強度高，可以在直角銑刀無法達到的進給率下加工工件，甚至允許在輕型機床上進行較大負載的粗加工。需要了解的關鍵問題是：切削深度越大，切屑也越厚，這將增大功率的消耗（見圖1）。采用淺切削－切削深度為0.025到 0.050英寸－普通的圓形刀片刀具可在0.040英寸的每齒進給率下加工鋼材，某些時候，還可以達到0.06ipt。而大部分菱形刀片和方形刀片的最大值只有0.010-0.012ipt。

值得注意的是，一些鈕扣刀具的使用者會遇到這樣的問題，加工過程中，或是刀片磨損后，刀片會在刀具的安裝座內發生移動。這兩種情況都是由于刀具承受的壓力過大，超過了刀片夾緊元件的夾持力。因此需要在設計刀具的時候綜合考慮可能發生的情況。比如，有些刀具在用螺釘固定刀片的同時，上面還有一個小夾鉗，這種雙重夾緊的方式確保了刀片的安全。

仿形立銑刀的構造如圖：
1.頂部夾鉗保證刀片的夾緊：
2.正軸向前角可以支承切削刃；
3.刀片上的小平面用于正向鎖定；
4.經刃磨的刀片保證加工精度；
5.鄰近的刀片提供進刀能力

另一個重要的問題是刀片安裝座的正向鎖定功能。很多鈕扣刀具用戶使用便宜的壓鑄刀片，光滑的圓面無法徑向鎖定。作用在刀片切線方向切削力會導致刀片上的螺釘損失扭矩。剛度更大的仿形銑刀通過在刀片側面增加鎖緊面來解決這個問題-鎖緊面與刀體的鎖緊面緊密配合，使二者之間相對運動的可能性降到最低。

當要進行大進給率切削時，需要刀具能夠給切削刃提供最大的支承力。使用負軸向前角的仿形銑刀（讓刀片向下傾斜，朝向工件），用保守的加工參數，可以獲得好的加工效果，但進給率很大時則會失敗。這種設計本身就有缺陷，在切削刃受力的主要區域缺乏支承（見圖2）。使用正軸向前角的仿形銑刀則可以給切削刃提供很好的支承，這是因為切削刃后面的硬質合金與切削力接近于平行。這種方式使用硬質合金，可以讓用戶感受到硬質合金吸收壓應力的能力。

但這種情況下，刀具夾緊的剛度很重要。因此強烈推薦使用短型的立銑刀夾頭">夾頭或者套式銑刀夾頭。

使用恰當的加工，即使是只有10或15馬力的機床，也可以獲得有競爭力的切削，而且減少設置步驟，工廠的生產安排也更靈活。

接近精加工的粗加工

將圓形刀片用于粗加工，給半精加工或精加工提供了更好的“準備工作”。用直角銑刀進行粗加工，向下切削時，會留下一個臺階。每一遍走刀的切削深度越大，這種臺階效果就越明顯。這種不平的工件表面會導致半精加工時刀具受力不均，給刀具帶來沖擊，并導致刀具變形，這樣就不可能從粗加工直接過渡到精加工。不僅需要半精加工，而且還要進行多次精加工。

使用圓形刀片大大減少了上述情況的發生。不象直角刀具那樣留下臺階，而只有一些很小的“褶皺”，且高度很低，可以輕松地加工掉。在切削深度小的情況下，圓形刀片也是最佳選擇，“褶皺”的高度變得更小，粗加工后的工件表面比較平整，可以很容易進行半精加工。某些時候，甚至可直接進行精加工。

螺旋插補周期的比較

如圖所示：工件材料為4140鋼，直徑為4英寸的孔，使用直徑為1英寸的仿形銑刀，轉速為4000rpm,進給量200ipm,切削深度為0.035英寸

一般來說，工廠用鉆頭和圓弧插補立銑刀來加工大直徑孔。比如，用這種方法在一臺15馬力的立式加工中心上銑削一個直徑為4英寸，深3英寸的孔。

先用直徑為1.25英寸的可轉位鉆頭鉆一個通孔，僅耗時1.5分鐘。然后用直徑為1英寸的可轉位立銑刀，運行圓弧插補閉環程序進行加工，加工參數為：切削深度為0.1英寸，切削寬度為0.7英寸，轉速達2300rpm，進給率為25ipm。圓弧插補的加工周期為35－45分鐘，這樣兩種刀具總的加工時間達到 45分鐘。

現在，在同一臺機床上用螺旋插補的方式加工同樣的孔。使用裝有圓形刀片的直徑為2英寸的套式立銑刀。假設刀具有4面刃，刀片的內切圓直徑為0.5英寸。

典型的加工參數是：轉速為1500rpm，進給率為61ipm，切削深度為0.06英寸，螺旋加工至4英寸直徑處。大約50個循環后就可以銑穿工件，再走刀5遍就可以到達刀片的中心線，即完成了加工。

每遍走刀的直徑等于4英寸孔徑與2英寸刀具直徑之差，也就是2英寸。刀具所運行的總長度為每圈6.28英寸（直徑為2英寸的圓的周長）乘以55，即345英寸。進刀量為61ipm時，加工時間需要5.5分鐘。

換句話說，這個例子中的螺旋插補可以使加工時間縮短87％，而且節約了一把刀。

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