圖1 防振降噪立銑刀（CHATTERFREE FINISHRED）
引言
能否獲取高生產(chǎn)率取決于所選用的工具及加工策略。在這個(gè)充滿競(jìng)爭(zhēng)的金屬加工世界，制造商們不斷努力提升他們的生產(chǎn)率，而這項(xiàng)持續(xù)的挑戰(zhàn)也意味著需要不斷提高金屬去除率。這一目標(biāo)需要通過(guò)提升進(jìn)給參數(shù)，加大切削深度和最大化切削速度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些，我們需采用最前沿的刀具技術(shù)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕饘偾邢鞴ば?，?shí)施最高效的加工方式。
在加工環(huán)境的各因素中，刀具占據(jù)著非常重要的地位。盡管刀具僅占生產(chǎn)總成本的3%，如果通過(guò)恰當(dāng)?shù)倪x刀將加工效率提高20%，即可有效地節(jié)省高達(dá)15%的總成本。
如同多米諾骨牌效應(yīng)，通過(guò)提高15-20%的加工性能，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的大幅提升，繼而直接推動(dòng)收益率的提升，并讓企業(yè)獲得更大的競(jìng)爭(zhēng)力。然而，只有通過(guò)先進(jìn)刀具、前沿的數(shù)控機(jī)床以及智能的CAD/CAM軟件的相互配合，方可實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)。
為實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率選擇正確的金屬切削策略
正確地選取刀具及切削參數(shù)可縮短加工周期，并降低單個(gè)工件功率消耗?？焖俳饘偃コ^(guò)程不僅收獲高生產(chǎn)率，還可節(jié)省能源?？傮w而言，刀具切削時(shí)間越短，生產(chǎn)率越高，消耗能源越少。同理，如果通過(guò)采用先進(jìn)的CAD/CAM軟件系統(tǒng)獲取最短的刀具路徑，優(yōu)化切削參數(shù)，還可進(jìn)一步提高生產(chǎn)率。
通過(guò)減振的加工解決方案提高生產(chǎn)率
分屑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高精度、對(duì)切削力有效地分配共同提高了刀具性能，結(jié)合減振設(shè)計(jì)及流暢的排屑設(shè)計(jì)大幅降低功率消耗，同時(shí)收獲高生產(chǎn)率。推動(dòng)低能耗和高金屬去除率的兩大主要因素是螺旋切削刃及不等齒距結(jié)構(gòu)。不等齒距結(jié)構(gòu)的刀具可消除諧波振動(dòng)，而諧波振動(dòng)是產(chǎn)生振動(dòng)的主要因素。在加工中，每當(dāng)振動(dòng)或噪音產(chǎn)生時(shí)，操作者總是迅速降低切削速度、進(jìn)給或切削深度等切削參數(shù)，而這樣做不利于發(fā)揮刀具性能。
伊斯卡作為領(lǐng)軍的刀具制造商，以提高生產(chǎn)率為目標(biāo)持續(xù)創(chuàng)新，不斷研發(fā)革新產(chǎn)品。
伊斯卡的防振降噪立銑刀（CHATTERFREE FINISHRED）就是一個(gè)很好的案例。該銑刀的特別設(shè)計(jì)旨在消除銑削加工中的振動(dòng)，并可同時(shí)完成粗銑及精銑加工。銑刀的不等齒距螺旋刃排布消除了造成振動(dòng)的主要因素--諧波振動(dòng)，因此收獲了快速金屬切削，并實(shí)現(xiàn)了在采用粗加工切削參數(shù)的情況下，獲得更高的被加工表面質(zhì)量。
防振降噪立銑刀（CHATTERFREE FINISHRED）有整體硬質(zhì)合金立銑刀及變形金剛立銑刀頭兩種形式（見(jiàn)圖1），特別適用于采用ISO40及BT40刀柄的低功率機(jī)床。整體硬質(zhì)合金立銑刀可實(shí)現(xiàn)最大切削深度達(dá)2倍直徑的全槽銑。結(jié)合了粗加工銑刀及精加工銑刀于一體的整體硬質(zhì)合金立銑刀，帶4個(gè)不等齒距，38°螺旋角，中等長(zhǎng)度，大大縮短了加工周期；在高載荷應(yīng)用中有效減振，在粗加工參數(shù)下獲得高的被加工表面質(zhì)量。
圖2 HELI2000防振降噪銑刀
減振（CHATTERFREE）設(shè)計(jì)理念還被用于可轉(zhuǎn)位刀片，實(shí)現(xiàn)了在大懸伸的銑削加工應(yīng)用中減振的目的（見(jiàn)圖2）。新型銑刀片設(shè)計(jì)有獨(dú)特的減振幾何結(jié)構(gòu)，可夾持于HM90 E90AD立銑刀，HM90 F90A面銑刀，HELIMILL套式銑刀或玉米銑刀。銑刀片帶2個(gè)非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)的切削刃，可減振并延長(zhǎng)刀具壽命。磨制的切削刃及特殊的刃口處理使得銑削的垂直精度更高；與常規(guī)刀片相比所需機(jī)床功率低10%。銑刀片獨(dú)特設(shè)計(jì)不同的軸向刃傾角有助于排屑。與常規(guī)帶偶數(shù)有效齒的銑刀相比，此刀具被證實(shí)更高效。寬修光刃可收獲高的被加工表面質(zhì)量，而束魔技術(shù)（SUMO TEC）合金牌號(hào)，IC380及IC830可迎接斷續(xù)加工、重型加工及惡劣的切削條件下的各種挑戰(zhàn)。
圖3 束魔變色龍鉆（SUMOCHAM）
激發(fā)孔加工生產(chǎn)率
革新還來(lái)自于伊斯卡于十年前研制的變色龍噴水鉆（CHAMFRILLJET）以及最新版的束魔變色龍鉆（SUMOCHAM）（見(jiàn)圖3），此類(lèi)鉆頭改變了孔加工的概念，為工廠大幅提高生產(chǎn)率做出了貢獻(xiàn)。新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了快換刀頭，鉆桿夾持于主軸即可完成操作；由此沒(méi)有停機(jī)時(shí)間，且刀頭與鉆桿中心線的重復(fù)定位精度在±0.001mm內(nèi)。鉆頭適用于加工各種被加工材料，特別設(shè)計(jì)的幾何形狀，對(duì)切削刃著重設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)快速排屑。束魔變色龍鉆（SUMOCHAM）排屑流暢的特點(diǎn)使得鉆深率令人難以置信，加快了鉆削進(jìn)程， 抬升了生產(chǎn)率水平。鉆頭直徑范圍從6mm到33mm，標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑按0.1mm遞增。鉆桿鉆徑比從1.5XD到12XD，均可實(shí)現(xiàn)快速鉆削。在實(shí)際應(yīng)用中，因鋼質(zhì)鉆桿韌性佳，故而能避免在剛開(kāi)始鉆削階段由可能存在的位置偏差導(dǎo)致的彎曲。
提升車(chē)削生產(chǎn)率的刀具解決方案
為獲得高金屬去除率，較常見(jiàn)的選擇是帶螺旋刃設(shè)計(jì)的刀具。源于伊斯卡刀片獨(dú)特的切削刃及前刀面設(shè)計(jì)，車(chē)刀能以非常高的切削參數(shù)（尤其是大進(jìn)給率）進(jìn)行加工，同時(shí)降低作用于切削刃的切削力更小，切削刃與工件的接觸面積更小，實(shí)現(xiàn)減振。刀尖角修光設(shè)計(jì)使得即便在大進(jìn)給切削條件下也能獲得高的被加工表面質(zhì)量，也在許多應(yīng)用中免除了精加工工序。88°刀尖角設(shè)計(jì)使得刀尖更強(qiáng)固。通過(guò)更換刀墊這樣的簡(jiǎn)單操作，即可輕易地把螺旋刃刀片夾持于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)ISO車(chē)刀桿上。
通過(guò)切屑減薄提升銑削生產(chǎn)率
軸向切屑減薄通常與高速加工聯(lián)系在一起，但采用夾持帶大圓弧切削刃銑刀片的標(biāo)準(zhǔn)尺寸立銑刀在中速加工機(jī)床上也能收獲相同的效果，獲得高的金屬去除率。當(dāng)裝夾大圓弧切削刃銑刀片在刀體上獲得小的主偏角，在小切深下切屑減薄，可實(shí)現(xiàn)更大進(jìn)給。而“高速加工”這一術(shù)語(yǔ)，特別是在加工鋼的應(yīng)用中，常常指用小直徑刀具以高的主軸轉(zhuǎn)速及大進(jìn)給進(jìn)行小切削深度的加工。盡管是輕切削，以這樣的方式加工可獲得高的金屬去除率，以非?？斓乃俣茸咄昙庸ぢ窂?。鑒于切屑減薄作用，切屑厚度小于刀具的每齒進(jìn)給量。這意味著可提高機(jī)床工作臺(tái)進(jìn)給，甚至可以超過(guò)機(jī)床主軸限定值。
被加工材料與銑刀前端刀片的大圓弧接觸所產(chǎn)生的切削力并不僅僅是水平方向的，而是指向沿刀片中心點(diǎn)的軸向。在此情況下，僅有一部分切削力指向X軸及Y軸方向，其余切削力直指Z軸方向，也即指向主軸方向。而在三個(gè)軸向中，系統(tǒng)在Z軸的剛性是最佳的。作用于銑刀的側(cè)向力減少對(duì)應(yīng)的是使得銑刀撓曲的可能性更小，最終收獲更可靠的加工。
圖4 雙面螺旋刃大進(jìn)給銑刀（HELIDO UPFEED H600）
伊斯卡豐富的大進(jìn)給銑刀產(chǎn)品系列為提升銑削加工生產(chǎn)率兼顧降低功率消耗而特別設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖4）。 此設(shè)計(jì)提供了高的穩(wěn)定性，即便是在大懸伸應(yīng)用中也能以非常大的進(jìn)給加工。另外，刀片夾持于楔形定位槽使得夾持剛性高。此類(lèi)銑刀需配備內(nèi)冷卻通孔，特別是應(yīng)用于大進(jìn)給銑削、坡走銑、插銑及螺旋插補(bǔ)銑時(shí)。銑刀的軸向切削深度及徑向進(jìn)給以及主偏角共同決定了切屑厚度。45°主偏角使得切屑細(xì)長(zhǎng)，加工所消耗的功率僅為方肩銑的70%。
較窄負(fù)倒棱和輕度鈍化處理，是應(yīng)對(duì)較惡劣銑削環(huán)境時(shí)刀片刃口的標(biāo)準(zhǔn)處理方式。但如遇嚴(yán)苛的斷續(xù)銑削或大型工件的重型加工，必須加大負(fù)倒棱。每齒進(jìn)給應(yīng)大于刃口處理尺寸以確保刀具在切削工件而不是擠壓工件，并獲得足夠厚的切屑。了解優(yōu)化切屑控制、使得切屑合理減薄可大幅提高生產(chǎn)率。
總 結(jié)
通過(guò)實(shí)施更先進(jìn)的刀具解決方案，結(jié)合恰當(dāng)?shù)募庸げ呗?，采納如前所述的先進(jìn)加工要素，可贏取更高水平的生產(chǎn)率。
事實(shí)上，打開(kāi)高生產(chǎn)率之門(mén)的鑰匙在客戶手中，采納何種技術(shù)、采用何種刀具解決方案以及是否選用其非傳統(tǒng)型的加工策略，最終都用戶需要做出選擇。為保持競(jìng)爭(zhēng)力，希望機(jī)械師們改變理念，跳出條條框框，采用最先進(jìn)的刀具解決方案。
實(shí)施高效加工方案將有利于降低切削力，更有效地分配切削力，消除振動(dòng)，促使排屑更順暢。這將最終實(shí)現(xiàn)每工件的最大金屬去除率，外加最小化的能源消耗。■
