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数控机床/铣床 |
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高进给、高可靠的工艺 |
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作者：Peter Zelinski |
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为实现更适合于无人看管的生产工艺，请尝试加大进给量。诚然，几乎每个人都会推测说较低的进给量会使得工艺更为可靠，进而更适合于让操作者可以离开，去干一些别的活。但是某些类型的铣刀(最引人注目的是高进给铣刀与钮扣铣刀)当提高进给量后却能切削得更为可靠而且生产率更高。 
Ingersoll切削刀具部门的模具铣削产品经理Don Yordy说，这些刀具的正确应用值得去深入了解。他所工作的部门用这些刀具在模具应用里获得了高进给、高可靠的工艺。在各种各样的应用里，只要加工中心具备一些进给量的调节功能，就能应用相关原理。
钮扣铣刀与高进给铣刀指那些具有圆形切削刃的可转位铣刀。钮扣铣刀使用的刀片是圆形的。Yordy先生所讲的高进给铣刀所使用的刀片仅仅是部分圆形，其切削刃的曲线具有很大的半径。
这种圆形切削刃如何与无人看管加工相关，可由以下四步作出最好的解释。
1. 随着切削深度变小，圆刀片把径向切削力转换到轴向切削力。
图1说明了这一点。随着切削深度的下降，圆形轮廓使切削力矢量改变方向。在更轻快的切削里，有更大比例的切削力朝“上”或与主轴平行
图1
2. 轴向切削力减少了振动。
径向力使刀具易于弯曲，导致加工过程容易振动，并进而使硬质合金刀具有破裂的倾向。而轴向力能让加工过程不易产生有害的振动。轴向力使刀具与刀柄之间的连接处于受压的状态。这种连接的稳定性促使刀具的失效表现为切削刃的逐渐磨损而不是破裂。
3. 切削更稳定，预测就更可信。
刀具失效模式的改变是无人看管加工的关键。在任意时刻可能破裂的刀具需要操作者站在旁边。但逐步磨损是可以预计的。仅是磨损而不是破裂的加工过程，使得自信地预测走开的操作者在何时必须返回机床旁边成为可能。
4.切屑变薄允许高进给，使生产率更高。
如果较少的切削深度导致生产率更低，更可预计的铣削就没有好处了。高的进给量需要去补偿较少的切深。有用的一个现象就是“切屑变薄”。在浅切深时使用圆形切削刃，切屑变薄使得切屑厚度小于程序给定的每齿进给量的建议数值，如图2所示。切屑变薄的结果是获得比刀具推荐的每齿进给量更高的程序给定的进给量。换句话说，这种类型的铣削要求高进给与小切深进行交换，而切屑变薄是使这种交换成为可能的原因之一。
结合上述所有观点就能得到一条连接高进给与无人看管加工的极好的链路。总结一下：无人看管加工的信心来自可预计的刀具寿命；可预计的刀具寿命来自轴向切削力；轴向切削力由圆形切削刃在小切深切削时产生；圆形切削刃在小切深切削时导致切屑变薄；而切屑变薄使得保持高生产率前提下高进给加工成为可能。
Yordy先生说，各种特性能使刀具进行高进给切削时更有效。它们包括：
1. TiAlN涂层。这种涂层在承受来自高进给切削产生的热量时能表现得更好出色。研发的惰性氧化铝层具有高的红硬性，对刀具有保护作用。
2. 正前角。归功于切削轻快，刀具不再一定要设计成具有负倒棱以保护切削刃免受冲击。更大的正前角能剪切工件材料而不是去挤压，通过让切屑带走大部分热量来有效减少传到工件材料里的热量。
3. 更硬的基体。在更深的切削工况里，刀片的基体需要有好的韧性来承受振动。但是轴向力促使切削更稳定，降低振动的危害。韧性与硬度之间的平衡更倾向后者。可使用更硬的基体，延长刀具的寿命。
切屑变薄: 理解程序给定的进给量与切屑厚度的关系
当切削深度小于圆形铣刀片的半径时，切屑厚度小于程序给定的每齿进给量。图2说明了这一点。这种现象被称作“切屑变薄”。
图2
切屑变薄意味着将需要更高的程序给定的进给量来获得任意特定数值的切削厚度(以每齿英寸数值来衡量)。
Ingersoll切削刀具部门的Don Yordy提供了下面用于圆刀片小切深时给定一个切屑厚度来确定进给量的公式。公式仅适用于切削深度小于或等于刀片圆弧半径。在这里， IPT是适用于刀具的预期切屑厚度；DOC是切削深度；而D 是刀片直径 (如果刀片不是完整的圆周，D 是刀片轮廓圆弧段的直径) 。
| 程序给定的每齿进给量 = | IPT×(D/2) | | | (D×DOC - DOC2)1/2 |
举例：某工厂使用直径为1/2英寸的刀片进行切削，其切削深度为0.050英寸。该厂希望实现的切屑厚度是每齿0.010英寸。
这个例子里程序给定的进给量将是：
| 程序给定的每齿进给量 = | 0.010×(0.5/2) | =0.017英寸/齿 | | | (0.5×0.050 - 0.0502)1/2 |
换句话说，由于切屑变薄，程序给定的进给量可以高很多。没有切屑变薄的话，该厂尝试四个切削刃在下维持0.010 ipt，进给速度限定在0.010 ipt×4teeth ×2,000rpm, 或80ipm。但是该厂尝试在受到上述的切屑变薄影响的前提下维持相同的有效切屑负载，就能得到比这个更高的进给速度。这里允许的进给速度将是0.017ipt×4teeth×2,000rpm, 或136ipm。
从技术上讲，上述现象将更精确地被描述为“轴向”切屑变薄。上述所有讨论都假设为满刃切削。但是如果切削宽度(或径向切削深度)小于铣刀的半径，就应用相似的径向的切屑变薄。 (end)
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(12/19/2004) |
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