摆线铣削淬硬钢工件上的槽

    在淬硬工件上铣槽一直是切削加工中的难题之一，其原因有三：①加工时，刀具的大部分切入工件中，会产生很大的切削力和较多的切削热；②每个刀齿上切屑的载荷不均匀，切入工件最多的刀齿载荷最大，其它位置的刀齿载荷较小；③随着容屑槽逐渐被切屑填满，排屑空间变小，切屑的重切机率增大。
    如果工件上槽的深度相对于其宽度比较深，则排屑更为困难；如果是曲线槽，则排屑难度更大；如果是在淬硬钢上铣槽，更是难上加难。这些困难迫使人们只能采用较小的进给量和切深进行加工，以避免打刀。但即使采用小的进给量，刀具寿命仍然较短。
    摆线铣削
    摆线铣削或螺旋线铣削提供了一种很好的铣槽解决方案，其基本原理是通过编程，使刀具的走刀路径为圆周，并使该圆向前滚动切入工件。摆线铣削的一个主要优点是：刀具在每一时刻只有一小部分参与切削，并且进给量保持不变。此外，由于采用直径小于槽宽的立铣刀，因此留有排屑空间。
    但是，为了实现摆线铣削，还必须解决一些相关问题：①摆线铣削的走刀路径较复杂，超出了普通CNC系统的软件编程能力；②摆线铣削要求机床刚性好、运动速度快；③所用刀具应能适应高速切削，耐磨性好。其它相关因素还包括刀具的直径、工件材料、切削深度等。
    三家公司的技术合作
    大隈（美国）机床公司、美国联合刀具公司和CNC软件开发商DP技术公司三家企业携手合作，共同开发摆线铣削技术。首先，为了解决排屑困难的问题，它们有意设计了一个特别难加工的零件，要求加工其上的波形槽，槽宽12mm，槽深20mm；工件材料为P20钢，硬度35HRC。“采用一般的方法加工这个槽将非常困难。”美国联合刀具公司营销与市场副总裁Jonathan Hay如是说。
    摆线铣削的基本理念是要显著提高切削速度和进给率。为此，采用了大隈公司一台带托盘交换的OKK VM5Ⅲ高性能立式加工中心，根据配置的主轴结构，机床转速可达20000转/分。
    接下来是选择刀具。选用了一把美国联合刀具公司的CZS 10mm、4槽、方头、铬基UT涂层刀具。CZS系列立铣刀可加工硬度达50HRC的淬硬钢，并有过中心的端刃，可直接开始铣槽或窝。
    DP技术公司提供了该公司加工模具用的Esprit Mold CNC软件包，其中包括20种2.5－5轴的铣削策略，以创建最佳走刀路径，包括尖角的做圆、在任何情况下的顺铣，以实现刀具切入时具有最大切屑厚度，然后逐步减小。用户选择“摆线铣削”选项后，屏幕上就会提示输入前进步距和滚动圆直径，然后由软件自动生成加工程序，只需30分钟即可完成工件的加工编程。
    效率明显提高
    摆线铣削可显著提高铣槽效率。通常，铣槽时所用进给速度为铣侧面时所用进给速度的20％，如果使用摆线铣削，则可将进给速度提高至80％。此外，一般铣槽时的轴向切深为2－3mm，切出20mm深的槽至少需要走6刀，而摆线铣削的轴向切深可达10mm，只需走2刀就能切出20mm深的槽。采用摆线铣削后，零件波形槽的加工时间只需37分42秒，比常规加工方法快了12倍。
    通过对工件的加工，显示出摆线铣削对减小切削力和切削热的明显效果：尽管采用了比常规铣槽加工高得多的切削速度和进给速度，但刀具的磨损却很轻微，在切削了几个工件以后，几乎还看不出切削刃的磨损，刀具和夹头摸上去温度也未升高。这是因为摆线铣削的切削载荷非常均匀，且排屑顺畅。如果采用普通铣槽方法，切削温度要高得多，会使刀具寿命缩短50％。在普通的铣槽切削中，立铣刀直径的50％位于切削区内，而在摆线铣削时，只有5％位于切削区，其切削力和切削热可减少90％。由于只需采用空气冷却就足够了，因此可避免冷却液浇注不匀所造成的打刀现象。
    在此次试验中，用一把刀具加工了6个工件，而刀具基本上没有磨损，用摆线铣削法铣槽的优越性和应用潜力得到了充分体现。