UGNX螺旋铣削的研究

在数控铣床中为了提高生产效率常常采用螺旋铣削进行空的加工，
螺旋洗加工轨迹就像弹簧，具体的螺旋半径要大于刀的40%到60%当然要看刀的中心有多大的位置没有切削刃，Z取正常切削的20%左右（看材料），加工中有在下刀的时候和走孔的时候用，不过加工钢件是能不用就不用，因为刀磨损太快，
而螺旋铣削作为一种新的制孔方法在航空材料的加工中逐渐受到关注。

为分析螺旋铣削制孔方法抑制缺陷产生的机理，以传统钻削加工为参照，分别利用螺旋铣削及传统钻削两种方法对C/E复合材料进行制孔试验，并对螺旋铣削与传统钻削刀具的运动轨迹进行分析。

在具有相同的加工效率及刀具切削速度的基础上，对两种加工方法的加工参数进行优化。

进行制孔对比试验，并对制孔过程中的切削温度、切削力及加工质量进行检测与分析。

结果表明，切削温度是影响C/E复合材料制孔质量的重要因素，且由于螺旋铣削制孔时的切削温度显著低于传统钻削制孔温度，因此螺旋铣削制孔质量明显优于传统钻削制孔质量。

螺旋铣削制孔时的切削温度较传统钻削时降低69 ℃以上，降幅大于36 %，因此有效避免了制孔出口处的撕裂及分层现象。

螺旋铣孔是一种新兴的制孔方法,它利用刀具的中心线与孔的中心线之间的偏移来实现对不同孔径的加工,刀具绕自身轴线高速旋转的同时,绕孔的中心线公转并向下进给来实现铣削。

螺旋铣孔具有切削力小,一次加工精度高,对于变孔径孔的加工效率高,比普通钻孔的表面质量好等优点,已被国内外科技人员所重视,并逐步应用于航空装配等领域。

本文以铝合金为材料通过实验来研究螺旋铣孔时,主轴转速、螺距、螺旋进给等因素的改变对于铣削力的影响,以便于在日后的实际应用中能更好的优化参数,提高效率,节约能源。

螺旋铣削，包括三轴同步喂料：Z轴运行时同步插入X、Y轴，扩大钻孔尺寸。

这种开孔方法要求机床具备插入能力，据说它的性能均超出扁钻、麻花钻、穿孔、和火焰切割等技术。

螺旋铣削的支持者称它能制造出足够光滑的且无需精镗的表面。

“如果采用螺旋铣削，在任何情况下刀具和加工件之间都只有一个很小的接触面积，所需的切削力要比扁钻小，”Ingersoll刀具公司产品经理Konrad Forman说，“而且它还削除了钻槽、材料碎片、孔壁之间的摩擦。

”
“轨道铣削主要由两个步骤组成：插入然后绕轨道运转。

而螺旋铣削则是持续的。

铣床的中心线做螺旋动作，这让切割更加快速，铣削表面更加光洁。

孔的尺寸是由程序，而不是刀具的尺寸决定的。

这降低了钻头仓储要求，因为无需再为每个孔尺寸配备一个钻头。

”
刀具特点
很多工厂倾向于采用Ingersoll Hi-Pos+可转位铣刀或是Form-Master+按钮面铣刀进行螺旋铣削。

前者适合于浅孔，后者则更适合深孔。

即使是导梢孔，用Hi-Pos+铣刀也能铣削出足够好的无需精镗的表面。

鉴于铣刀螺旋切削刃的几何形状，两种铣刀都适合用于螺旋铣削。

铣刀走的是一个螺旋型的路径，能切削出笔直的侧壁和一个90度的底部。

Forman说：“相对来说，传统的方形刀具，即使走同样的路径，也不能在一个盲孔内制造出一个方角，而且还可能会在侧壁上留下圈痕。

”
铣刀的螺旋刀刃以一种更加温柔的方式切入加工件内，就像剪刀剪纸一样。

经这种方法铣削出来的表面效果和硬质合金端铣刀的铣削效果一样。

“在任何螺旋铣削过程中，要特别注意一个问题：在硬质合金上开垂直孔的时候，要准备一个独立电源，随时准备清除开孔产生的切屑，”Forman建议：“因为铣刀的几何形状本身没有给切削碎片提供任何排除通道。

如果是水平打孔，重力作用能将碎屑排出，但对于垂直打孔，你需要用压缩空气来将碎屑吹出。

”
大量模具和压模工厂的实践经验证明：螺旋铣削无需额外设置或机床到机床间的转换（对于大型加工件来说，在机床间的来回挪动代价巨大）。

“在用传统打孔法的时候，很多模具和压模制造商往往会因为功率问题，不得不将沉重的加工件从重型钻床挪到坐标镗床。

如果采用螺旋铣削法就不会存在这一问题。

螺旋铣削解决了摩擦力问题，而且能用低功率的机床开出更大的孔。

如果需要精镗的话，这个工作在同一个加工中心上就能完成。

”
Logan Machine Works公司采用螺旋铣削法，配合Ingersoll公司的Form-Master+按钮面铣刀，在坚硬的坯料上开出大的通孔。

与之前所用方法所耗时间的比是1：16。

实地报告
下文的几个实例说明了一些工厂是如何从螺旋铣削技术中获益的。

Logan Machine Works公司（阿拉巴马州菲尼克斯）每年要生产60个耳轴块，每个耳轴块上都要打上若干个不同尺寸的孔。

以前，Logan公司用一台导向孔钻机打大型孔，然后再火焰切割，最后精镗得到成品。

现在，Logan公司只需花30分钟就能在大型机械部件上开出直径4英寸的孔，以前，完成同样的工作需要花8个小时，有的时候还需要火焰切割。

另外，Logan公司在同一台机床上对孔进行铣削和精镗，无需两次设置，也无需将加工件在机床间挪来挪去。

Logan公司采用Form Master+铣刀，以800sfpm（表面英尺/分钟）和85ipm（英寸/分钟）的进给速率来铣削加工件。

对于小孔和薄坯料，Logan公司以前采用的方法是先导向钻孔，再激光切割，然后是精镗。

现在，Logan公司用Ingersoll Quad Drill+铣刀，以650sfpm和8ipm的进给速率进行螺旋铣削，将所耗时间从1分钟缩短到10秒，且无需任何精镗。

除了加快了生产速度外，Quad Drill+铣刀还延长了刀刃的使用寿命。

在螺旋铣削过程中，刀具在加工件绕轨道运转的时候切入加工件，
其开孔速度比钻孔更快，而且能同时减少摩擦力。

由于采用了螺旋铣削，Deering Machine公司在每个孔（从1英寸到1.5英寸直径孔）上节省了15分钟时间。

“螺旋铣削要求的功率比渐进式麻花钻要小，”Deering公司总裁Steve Deering说。

Deering公司以前采用的是麻花钻法。

那时候，Ingersoll公司的John Spray 还在极力推销螺旋铣削这种方法，他还在现场演示了一次螺旋铣削的钻孔过程。

“我看了那个演示，但当时我不敢相信我的眼睛，”Deering说：“有谁能相信，将一把端铣刀切入一块硬质合金坯料，就能像用开瓶器拔开瓶塞一样打出一个孔来。

”
如今，螺旋铣削已经成为大型孔标准开孔方法。

Deering采用0.625英寸的Hi-Pos+铣刀来打1.125英寸的孔，用0.75英寸铣刀来打更大号的孔，进给速率都是61ipm。

德克萨斯州的一家大型锻造厂采用螺旋铣削来加工所有的导梢孔，将这个原本8小时的工作缩短到1.5小时。

以前，该公司采用扁平钻，开出来的孔需要精镗。

自从采用了螺旋铣削法后，从此便省去了精镗这个步骤，光这一项每年就能节省成本35000美元。

在一整天的生产中，底模的热膨胀会导致模座发生偏差，为了避免这种情况发生，这家公司在模座间开了一个约0.005-0.010英寸宽的槽。

“螺旋铣削帮我们节省了时间，改进模座的设计，”经理说：“这些是扁钻无法做到的。

”
田纳西州纳什维尔的Vaughn Manufacturing Co.公司主要为家电产品生产冲压模具，据该公司预计，自从采用了螺旋铣削后，公司在每块模座上节省了100美元。

以前Vaughn公司采用的是扁钻法，该公司厂长Thomas Austin说：“孔越大，节约的成本就越大。

首先，我们不用像麻花钻一样开孔；其次，机床功率不成问题，而这一个问题在钻大型孔的时候经常发生。

”
“有了螺旋铣削，刀具能逐步地将很多细小的切屑接二连三地而不是一次性清除出去，”Ingersoll公司的Konrad Forman说:“这种新方法减少了大型钻孔时的摩擦力。

相比之下，如果让现代的低功率CNC加工中心去扁钻一个大孔，过不了一会它们就会出故障或是死机。

”
通常来说，孔尺寸与刀具直径的比是2:1。

例如，要打一个2.5英寸的孔，应选择1.5英寸的Hi-Pos+刀具。

Forman称：“究竟选择用什么刀具其实要看模具制造商自己的喜好，但总的来说2:1的比例能给切屑的清理留出更多空间。

”(end)。