封闭槽铣刀的选用

admin

封闭槽部分加工简图如图7-40所示。该要素的主要尺寸为槽宽度为50mm，长度为158mm，深度为20mm，底部圆角为R7.5。

这一要素有几种基本加工方法：

1）用R7.5的圆刀片铣刀通过斜坡铣和螺旋插补铣完成整个槽的加工。这种方式的槽侧面在高度方向是由圆弧搭接而成，因此，侧面的表面平整度取决于向下插补的角度及每齿进给量。

2）用大圆角的立铣刀，同样通过斜坡铣和螺旋插补铣完成整个槽的加工。这种方式的槽侧面在高度方向是由立铣刀的圆周刃来完成，一些真正90°的立铣刀搭接出的侧面应该是非常好的。但大部分真正90°的立铣刀即使有大圆角的刀片，规格也大部分在R6以下，底部的R7.5圆弧需要通过搭接来近似实现。

3）用R7.5的圆刀片铣刀通过斜坡铣和螺旋插补铣完成整个槽的粗加工，在整个槽的侧壁上留单面0.5mm的余量。但在槽的底部粗加工完成后，再走一刀底部的精加工使R7.5的圆弧加工到达尺寸，然后走刀到中间提刀。然后用真正90°的立铣刀在侧壁进行精铣，这样侧壁的形状也可以比较理想。

如果是大批量加工，建议使用第三种加工方案。虽然多一把刀，但加工质量可以达到比较理想的程度。

圆刀片铣刀俗称“牛鼻刀”，类似于面铣刀但装用的是圆刀片。在样本上，这类的铣刀有三种：F2231/A、F2234和F2334，如图7-41为仿形铣刀一览图但其中有R7.5（即直径15mm）刀片的铣刀仅F2231、F2234两种，而样本上具备斜坡铣参数的仅有F2234。

图7-42是F2231的ScrewFit铣刀的资料，使用RD..1505..这种直径15mm的铣刀有螺纹头的模块式（ScrewFit螺纹联接）、削平型直柄两种，考虑ScrewFit形式的可以用比较小的悬伸，刀杆使用时弯曲变形倾向小，是优先选择。因此，选用的刀杆为：

F2231.T28.030.Z02.07

图7-40 封闭槽加工示意图

图7-41 仿形铣刀一览（图片源自瓦尔特）

图7-42 F2231的ScrewFit铣刀资料

如图7-43所示是配用F2231的可转位刀片一览。其中符合RD..1505..的有六种，同时又符合加工钢件、加工条件“”的一种也没有。选取加工条件相对比较接近的有两种，分别是RDHW1505M0-A57 WKP25和RDMT1505M0-D57 WKP35。这两种刀片除了材质不同、槽形不同，刀片精度也不同。前者刀片精度较高（通常价格稍高），刀片无前角，刀片材质较耐磨；后者刀片精度一般（通常价格较低），刀片有大约10°的前角，刀片材质较耐冲击而耐磨性一般。两者性能上各有利弊，考虑经济性，选用第二种刀片：

RDMT1505M0-D57 WKP35

接着找到WKP35的切削参数，如图7-44所示。图中，当向下斜插补是切削宽度ae应等于铣刀直径，ae/Dc=1，切削速度为185m/min。

该铣刀的进给值如图7-45所示。对于直径30mm，使用RD..1505..刀片的F2231铣刀，加工45钢这类非合金钢的每齿进给量初始值为0.25mm/z。

其中，F2231的斜坡铣限制值，而只有F2234和F2334的斜坡铣限制值。一般而言，平装正型刀片的仿形铣都可以进行斜坡铣加工，如果在厂商资料（有些是可以从厂商提供的CAD图样上直接或间接获取）上能找到这个斜坡铣的限制值，建议遵循这个限制值的规定；如果厂商资料上未提供这个限制值，建议向厂商咨询以得到这个限制值；如果查找资料和咨询都得不到结果，那么建议将最大斜坡铣角度从3°起试切。但就大部分这样的平装正型刀片仿形铣刀而言，以5°左右的角度进行斜坡铣还是安全的。如图7-45所示为所选铣刀仿形粗铣进给量。

图7-43 可转位刀片一览（图片源自瓦尔特）

图7-44 仿形粗铣WKP35切削参数

斜坡铣加工时，有三个同时出现的切削过程（见图7-46）：轴向和径向都有切削力。

由于全槽铣导致刀具上也有附加应力，全槽铣意味着ae=Dc，会产生大的径向力和长切屑。为保证加工时切削力不致过大，一般应将进给减小至正常值的75%。

图7-45 所选铣刀仿形粗铣每齿进给量

圆刀片铣刀在向下斜坡运行达到刀片半径时，应该停止走斜坡而改为平走。由斜坡改到平铣时，需要等到如图7-46所示的后切削刃完成斜坡后才能将每齿进给量恢复到100%，平铣时可采用摆线铣。如果槽的长度较短而深度较深，可以进行折返的斜坡铣。但在折返时，需要提刀再折返，如图7-47所示。

图7-46 斜坡铣的切削过程（图片源自山特维克可乐满）

这个需要提刀的值，与斜坡角α有关，与铣刀芯部直径有关（铣刀芯部等于铣刀直径Dc减去两个刀片宽度iW）

h=tanα（Dc-2iW） （7-1）

在这个圆弧槽的两段，安排圆弧插补铣（详见6.1节）。如果是安排由圆弧段开始加工，则应该安排螺旋插补铣。圆刀片铣刀的螺旋插补铣，应以Dc而不是Da计算斜坡角。另外，圆弧插补铣或螺旋插补铣要注意切削速度需要换算到刀具中心的编程速度（见图6-10和图6-11）。

接着需要选用一个真正90°的立铣刀。由于在下一个部位的加工中也需要选择一个真正90°的立铣刀，如果可以共用，就可以少一把刀具。因此，先搁置这把刀的选择。

图7-47 斜坡铣的折返（图片源自山特维克可乐满）

7.5 圆孔铣刀的选用

圆孔部分加工简图如图7-48所示。该要素的主要尺寸为直径为70mm，深度为19mm，底部圆角为R1。

图7-48 圆孔加工示意图

由于这个孔是直壁的，较好的方法是用真正90°的立铣刀来插补铣孔。按照式（6-5）和式（6-6）或式（6-7），假设刀片的圆角rε等于工件圆孔底部的圆角（1mm），假设修光刃长度为2mm（这些数据选完刀具需要确认），如果选直径32mm的铣刀可以按式（6-5）计算

Dmmax=2（Dc-rε）=2×（32mm-1mm）=62mm，也就是32mm的铣刀最大只能加工62mm的孔，如果只使用圆插补，将不适用于本例加工70mm的直径。

再假定铣刀直径为40mm，同样按式（6-5）计算

Dmmax=2（Dc-rε）=2×（40mm-1mm）=80mm-2mm=78mm，能够满足本例加工70mm直径的要求。再按式（6-6）计算

Dmmin=2（Dc-rε-bs）=2×（40mm-1mm-2mm）=74mm，不能满足例加工70mm直径的要求。

由于两个相邻的直径要不过大，要不过小，都不能仅经过圆插补铣就加工出这个70mm直径的孔，看来，应该考虑通过选择内型腔插补的方式或圆周插补铣加直线的方式。但圆周插补加直线加工中会出现相对突然的切削速度变向，对加工的稳定性不利，优选内型腔插补铣的方式。

按表6-1，直径32mm以下的铣刀能加工直径60mm以上的不通孔，根据较大直径的铣刀刚性较好，在同等切削宽度时，ae/Dc比较大，有利于减薄切屑厚度，可选择直径32mm的铣刀。

图7-49是F4042的产品资料一部分。在这上面有三种直径32mm的ScrewFit铣刀，其装用的刀片大小都是08的规格。这个刀片的规格代表刀片的边长大致为8mm左右（见图中Lc尺寸），在整个孔的高度19mm上需要三次铣削（至少插补三圈）。还可以在ScrewFit铣刀中找到边长10mm、12mm和16mm左右的F4042，那插补二圈即可完成，但10mm的切削刃长虽然价格较低，但应付9.5mm的切削深度要求安全余量小了一点，选择用12mm的切削刃长（可用切削深度为11.7mm）比较安全，其产品资料如图7-50所示。看到其中的直径32mm的也有三种，分别是2齿、3齿和4齿。为了达到较好的容屑能力，建议插补铣孔选用较少的刀齿数。因此，选用的刀具是：

F4042.T28.032.Z02.11

其刀片信息如图7-51所示。

图7-49 大小为08刀片的ScrewFit结构F4042铣刀（图片源自瓦尔特）

图7-50 大小为12刀片的ScrewFit结构F4042铣刀

图7-51 大小为12铣刀片信息

可以看到这些刀片并没有我们要求的rε=1mm的规格。选取rε=0.8mm的规格，加工钢件、加工条件为“”的刀片有ADGT1204PER-D51、ADMT120408R-F56两种。两者的区别分别是槽型（前者D51，后者F56）、精度（前者周边磨削的G级，后者周边烧结的M级）。这里来介绍下槽型。

瓦尔特这种铣刀刀片有许多槽型，从中摘录出现在需要比较的D51和F56两种槽型加以比较，如图7-52所示。图中看到，D51属于低噪声型，是防振动槽型，用于悬伸比较长的刀具，对于本例不是很符合；F56属于通用型，用于中等加工条件，可用于多种材料的各种加工应用，比较符合本例的要求。因此，选用ADMT120408R-F56 WKP25。按其rε=0.8mm、bs=1.2mm验算Dmmax=2（Dc-rε）=2×（32mm-0.8mm）=62.4mm。

要加工的直径70mm，加工方案是：先用装用ADMT120408R刀片的直径32mm的F4042.T28.032.Z02.11铣刀插补一个直径为62mm的圆孔，插补至深度9.5mm（螺旋插补铣可能超过一个“螺距”，见下面介绍），圆周插补一圈以加工出直径为60mm的平底圆孔，然后以平面内型腔方式铣去直径60mm的孔与直径70mm的铣削目标之间的单边余量5mm，再圆周插补一圈，这样就形成一个直径为70mm深9.5mm的圆柱平底不通孔；然后再此执行这一程序，只不过用平面内型腔方式时扩孔尺寸修改为69.6mm；最后Z轴上提2～3次大径逐步扩大，以完成用0.8mm的刀尖圆角加工底部1mm圆角的任务。

图7-53是F4042铣刀的螺旋插补信息。装用AD..1208..刀片的铣刀，铣刀直径为32mm螺旋插补加工70mm的孔，这个参数表上没有。可以按铣直径60mm的孔和铣80mm的孔两个参数插值计算推算，每插补一圈的最大轴向进给（“螺距”）为（8.6+11）mm/2=9.8mm。

关于切削速度，由于F4042既可以用于立铣、面铣、槽铣，也可以螺旋插补铣，查询的必须是螺旋插补铣的切削速度，如图7-54所示。铣削宽度大致可以认为是孔径的一半即ae=30mm，铣刀直径Dc=32mm，应该选用的切削速度为250m/min（红框所示）。查阅图1-40，可知转速n≈2500r/min。在从60mm扩孔至70mm时，ae仅5mm，ae/Dc=1/6.4，可选切削速度为310m/min（黄框所示），查阅图1-40的结果是转速n≈3000r/min。

图7-52 铣刀片的槽型

图7-53 瓦尔特F4042铣刀螺旋插补信息

图7-54 螺旋插补铣的切削速度

图7-55是F4042用于螺旋插补铣的进给值。看到装用AD..1208..刀片的铣刀加工非合金钢的每齿进给量为0.18mm/z，插补直径60mm孔时ae/Dc≈1，修正系数为1；扩至直径70mm时ae/Dc≈1/6，修正系数为1.1，修正后每齿进给量为0.2mm/z。

根据式（6-3），插补直径60mm孔时以n=2500r/min，Dc=32mm，Dw=60mm，fz=0.18mm/z，z=2代入，可以得出铣刀中心编程进给速度vfi约为420mm/min；扩至直径70mm时，以n=3000r/min，Dc=32mm，Dw=70mm，fz=0.2mm/z，z=2代入，可以得出铣刀中心编程进给速度vfi约为650mm/min。

这个铣刀可以同时用于封闭槽的侧壁精铣，但插补时的Dw为50mm，而精铣余量为0.5mm（即ae=0.5mm），ae/Dc=1/64，切削速度也为310m/min，每齿进给量为0.24mm/z（因为每齿进给量修正系数为1.3）。

在这个案例中，给定的加工条件为机床刚性足够，但在国内存在大量刚性不足的机床。如果这个案例需要在刚性不足的机床上加工，建议对通槽、台阶、封闭槽和圆孔都先用大进给铣刀F2330去除余量，然后再用与本书前面类似的刀具进行精加工。

图7-56是可换头结构的大进给铣刀的F2330。可选用Dc=10mm的铣刀F2330.T18.020.Z02.01，配用P26335R10 WKP35的刀片（刚性不足时，加工条件为“”）。

这样加工台阶铣的高度较大，其方案大致有两种：一是可以考虑采用硬质合金接杆，二是如果侧面之前用面铣刀加工过，在面铣的时候把台阶的主要余量去除掉，底下留45°的斜面，这样用大进给铣刀或整体硬质合金铣刀再进行加工时，加工负荷就比较小，加工过程会比较快，经济性就会更好。