刀具应用之如何高效铣孔和型腔

铣孔和阀腔/型腔铣削

1. 2轴坡走铣 - 线性

2. 圆弧坡走铣

3. 扩孔

4. 外圆弧铣或坡走铣

5. 插铣

6. 啄铣

7. 切片方法

8. 封闭型腔或尖角

铣孔：加工开口

· 在实心工件上加工开口

· 扩孔或扩阀腔

· 开/扩阀腔或型腔

在实心工件上加工开口

线性坡走铣

啄铣

开槽

铣孔时，线性坡走铣 (2轴同时) 始终优先于啄铣。

啄铣是一种供选择的铣孔方法，但它经常会产生长切屑，并在铣刀上产生不需要的切削力。

开孔或开阀腔

钻削

圆弧坡走铣

阀腔坡走铣

钻削是最快的传统孔加工方法，但在对某些材料钻孔时，断屑可能成为挑战，并且缺乏加工不同直径和非圆形的灵活性。

圆弧坡走铣 (3轴同时) 是一种生产率比钻孔低的方法，但在以下情况下可能是理想的替代选择：

· 在机床功率有限时加工大直径孔

· 较小批量生产。直径大于25 mm的一条经验法则是：在批量大小不超过约500个孔时，铣削具有高经济性

· 要加工一系列孔尺寸时

· 刀库空间有限，不足以存放许多种尺寸的钻头

· 在要求平底时加工盲孔

· 非刚性薄壁零件

· 断续切削

· 因断屑和排屑问题而难以钻削的材料

· 不提供切削液

· 进行阀腔/型腔 ("非圆孔") 铣削时：

方法选择 - 示例

开阀腔/型腔

扩孔或扩阀腔

镗削

圆弧坡走铣

圆弧铣

扩孔

由于与钻削相同的原因，镗削通常是最快的方法，但铣孔有时是理想的替代选择。可使用两种供选择的铣削方法：圆弧坡走铣 (3轴) 或圆弧铣 (2轴)。当孔深大于最大切深ap时，或在振动敏感型应用中，圆弧坡走铣是首选。此外，进行坡走铣时，特别是在长悬伸工况下，孔的圆度/同心度会变得更好。在圆弧坡走铣和铣削工序中，旋转工件而不是沿着圆弧路径移动铣刀都将改进圆度。

扩阀腔

内方肩铣和插铣需要起始孔，应比作直接在实心料块中通过坡走铣加工阀腔。

· 坡走铣 (3轴) 的优点在于只需要一把刀具并且能够加工出三维形状，从而使其适合仿形铣削。如果采用高进给技术 (轻快)，将以有利的方式引导切削力，从而最大限度地减少振动问题

· 插铣通常能够解决与长悬伸和/或深阀腔有关的问题

· 与插铣相比，内方肩铣需要更多的编程工作，但是速度更快

内方肩铣

插铣

残料 (余量) 铣削

完成阀腔粗加工时，经常会留下余量，特别是在拐角中。使用较小的铣刀进行插铣是一种更接近完工形状的方法。切片 (轻快) 是拐角铣削中常用的另一种方法。摆线铣是一种切片技术，也可用于铣槽、型腔铣削等。

在拐角中插铣

切片技术 - 轻快

在拐角中切片

摆线铣

如何开/扩阀腔或型腔

有两种明确的策略：

1. 圆弧坡走铣 (3轴) - 小ap

使用具有小主偏角的铣刀。圆刀片铣刀是另一种替代选择。

这种"轻快"技术能够实现出色的金属去除率，是不太稳定的机床 (根据ISO 40标准) 以及阀腔具有异形形状 (即模具) 时的首选。

注意：避免一直紧靠90°方肩加工，因为小主偏角的作用将消失，即切深将显著增加。

切削参数：

· 最大铣刀直径 = 1.5×零件拐角半径

· 深度圆弧坡走铣 - 逆时针

· 圆弧切入以进行下一次切削

· 最大径向切深ae = 70%×DC

· 圆刀片铣刀的轴向切深为25%×iC

· 在拐角中的刀具路径半径 = DC

· 降低拐角进给

2. 圆弧铣 (2轴) - 大ap

钻一个孔，然后改用方肩立铣刀或长刃铣刀。典型的应用范围是航空航天机架 - 钛合金加工。

应用技巧

确保良好排屑以防止切屑二次切削/堵屑：

· 水平主轴 (ISO 50) 是首选

· 高压冷却液或含有贯穿刀具的冷却液的压缩空气

· DC应不大于孔直径的75%。使用大轴向切深 - 最大ae = 2×DC

应沿着圆弧路径进入所钻的孔：

· 控制径向吃刀量，最大ae = 30%×DC

控制径向吃刀量，以最大限度地减少在拐角中的振动，并最大限度地提高生产率：

· 在拐角中使用尽可能大的半径，依外形环切编程

· 使用尽可能大的DC，使用直径不大于1.5倍拐角半径的铣刀单独完成残料铣削

小拐角半径

依外形环切编程

坡走铣：2轴线性坡走铣和圆弧坡走铣

什么是成功的坡走铣？

线性坡走铣是在加工封闭槽/型腔/阀腔时切入工件的一种常用的高效方法，该方法无需使用钻头。线性坡走铣被定义为沿轴向 (Z) 和径向 (X或Y) 同时进给，即2轴坡走铣。

圆弧坡走铣 (也叫做螺旋插补铣、轨道式钻孔等) 是以定义的螺旋步距同时沿圆弧路径 (X和Y) 移动并进行轴向进给 (Z)，也是钻孔的一种替代选择。圆弧坡走铣始终优先于线性坡走铣 (满槽铣)，因为在切宽减少时，螺旋插补铣的加工过程要平稳得多。它允许完全进行顺铣，并能实现更好的排屑效果。逆时针旋转可确保顺铣。

2轴坡走铣 - 线性

如何应用坡走铣

高要求的切削过程

执行线性坡走铣工序期间，会同时出现3种切削过程：

1) 使用主刀片进行周边切削。2) 使用主刀片进行底部切削。3) 使用对向刀片进行底部切削。

切削力包含轴向力和径向力。

由于满槽铣，刀具也会受到额外的应力，这意味着ae = Dc，从而产生高径向力和长切屑。

加工建议

· 将进给降低至正常值的75%

· 在坡走铣完成后立即执行铣槽工序时，务必以较低的进给继续走刀至铣刀直径相等的距离，直到对向刀片停止切削

· 使用切削液帮助排屑

· 减少刀具半径以减少接触面积

· 如果圆弧坡走铣的可达性受限，则线性坡走铣应限于槽宽小于30 mm的窄槽

渐进坡走铣

通过多次走刀坡走铣加工深槽时，沿两个方向坡走铣 (渐进坡走铣) 而不是仅沿一个方向坡走铣 (单次走刀坡走铣) 能够轻松提高生产率。

注意：以最大坡走角度进给铣刀时，在改变方向之前必须提升距离h。这样可以防止损坏刀体中心部分。

单次走刀坡走铣。

刀具路径修正

以最大坡走角度进行渐进坡走铣。

刀片半径会影响最大坡走角度

示例：

图中的曲线适用于最小和最大半径。对于中间半径，请补充进行插补铣。

刀具直径Dc，mm

= 刀片尺寸22

= 刀片尺寸16

2轴坡走铣 - 圆弧

加工过程考虑因素

圆弧坡走铣中有3项重要考虑因素；如果未正确应用，将出现问题。

1. 根据孔尺寸选择铣刀直径

2. 步距

3. 进给率

使用非中心切削铣刀时，铣刀尺寸的选择非常重要。铣刀直径确保刀片越过孔的中心线切削。

铣刀直径过小将像套料切削那样在中间留出芯部。这对于大开孔 ("人字孔") 是可接受的，但是，芯部会脱落，因此需要对其进行支撑。

如果铣刀过大，则刀片不能与孔的中心线内切，并将形成缠结在铣刀底部的余料。

最大孔直径

· 通过一次连续螺旋切削能够加工出的最大孔直径Dm为2×D3

· 这是满槽铣，并将在盲孔中心留下余料

· 沿径向走刀去除飞边从而生成平底孔

最大孔直径Dm

铣削平底孔直径

· 确保不会在盲孔底部留下余料，需要考虑刀尖圆弧半径大小

· 铣刀过大，通过沿径向走刀无法去除余料

最小孔直径Dm

最小孔直径Dm

最小通孔直径

· 避免刀体因非中心切削而发生碰撞的最小直径

· b是插铣允许的最大步距，和最大重叠是相同的

· 对于圆刀片，应按照b = 0.8×iC来计算b

· 无法去除余料。

2. 步距 (P)

步距永远不能大于铣刀的最大ap，并且取决于孔直径、铣刀直径和坡走角度。

3. 进给率

进给值始终取决于与周边进给率vfm对应的hex值。然而，许多机床都需要刀具中心进给vf，必须相应地计算该值：

Dvf = 编程铣刀路径

编程进给率：vfm = 使用半径补偿时vf = 使用刀具中心进给时

外圆弧坡走铣

外圆弧坡走铣 (3轴)

外圆弧铣 (2轴)

什么是成功的外圆弧坡走铣？

与内圆弧铣/内圆弧坡走铣相比：

· 刀具中心进给vf增加而不是减少

· 外铣时，切宽ae变得更小，因此可以使用更高的切削速度

· hex的计算方法与边缘铣削相同

· 另外，编程技术也与孔的内铣非常相似

扩孔用圆弧坡走铣或圆周铣