Vortex旋風銑系統及其應用分析

余靖華

（武漢船舶職業技術學院，湖北 武漢430050）

0 引言

傳統區域清除策略的一個基本問題是僅可在筆直路徑對切削條件進行優化處理，對于拐角位置的加工，傳統方式保持恒定的切削速度非常困難，需要顯著增加切削刀具的接觸角，刀具受力磨損嚴重。為保護刀具，通常需要在拐角處降低進給率。假如選取在整個刀具路徑中一直使用這個較低的進給率以保持恒定進給率，勢必延長加工時間；假如選取在模型加工中使用變進給率和轉速，又會增加刀具的磨損。

1 Vortex旋風銑的原理

Vortex旋風銑是Delcam2012年推出的專利之一（國際專利號：1121277.6），是專門為硬質合金刀具開發的一種革命性加工策略。它結合MachineDNA技術生成相關的高效程序，自動優化加工路徑，讓刀具在所有區域都保持恒定的切削包角和切削速度，也保證切削能夠在等體積、恒載荷的理想狀態下進行。全新的Vortex旋風銑策略支持64位技術和多線程處理，可進一步縮短刀具路徑的計算時間，具有完整的切入切出和連接選項，使其產生的刀具路徑效率更高，最大限度發揮刀具和機床的潛能。

2 Vortex旋風銑的特點

和其他PowerMILL粗加工策略一樣，Vortex旋風銑策略始終沿零件輪廓，使刀具的空程運動最少，從而得到效率更高的刀具路徑，這對殘留加工來說尤其重要，可縮短加工時間，得到更穩定的體積切削率和進給率，保護機床和刀具。

2.1 刀具路徑的切削條件優化

普通高速粗加工技術總是希望保持恒定的理論金屬切削率，而Vortex旋風銑策略和它們不一樣，它在整個加工過程中始終控制著刀具的接觸角，即使在內角處，也同樣保持接觸角處于優化狀態，從而優化了整個刀具路徑的切削條件，使機床的加工能力最大化。

2.2 加工時間縮短

Vortex旋風銑通過CAM軟件算法，在拐角處利用擺線加工方式減少接觸角，保持刀具與零件恒定的接觸角，同時保持恒定的切削速度，實現等體積、等功效高速加工，加工效率顯著提高。

使用不同的機床和刀具對不同類型零件進行了實際加工測試，結果表明，使用Vortex旋風銑策略可極大地提高零件粗加工效率，縮短加工時間。加工效率的提高程度和所加工的零件形狀、所使用的機床和刀具相關。無論是什么類型的機床或零件，使用這種策略都可輕松地至少縮短加工時間40%。

2.3 加工穩定性好

傳統粗加工會產生不同聲調的聲音，它表明刀具存在過載和振動，而Vortex旋風銑粗加工產生的聲音卻聲調一致，它表明刀具在穩定的切削條件下運行。用戶還可看到Vortex旋風銑粗加工產生的切屑尺寸和厚度都非常均勻，這是常規粗加工策略難以做到的。如圖1所示，Vortex旋風銑可以得到非常優秀的斷屑和排屑，每片切屑都一致，實現高速高效。

圖1 Vortex旋風銑切屑

2.4 刀具壽命延長

由于旋風銑刀具路徑控制了接觸角，刀具過載再也不會出現，這就使刀具壽命延長，同時也消除了接觸角改變而導致的刀具振動負荷，防止槽銷的出現。此外，穩定的切削條件也使得刀具邊緣具有穩定的溫度，這樣可延長刀具涂層壽命，消除零件表面的熱損害。最后，使用比刀具直徑大兩至三倍的下切步距使刀具磨損可均勻分散到整個刀具的切削面，這就進一步延長了刀具壽命。

3 實際案例分析

3.1 案例1

如圖2所示離合器壓鑄模具，原材料為鋁塊，規格為254mm×254mm×125mm，刀具型號為JABRO JS554，?16mm，4mm Z step，分別采用大切寬層切和大切深側銑進行加工（圖3），測試數據如表1所示，大切深側銑單位時間材料去除率顯著低于大切寬層切。如果使用Vortex旋風銑，從表2可以看出相比傳統加工方法可節省時間56%。

圖2 離合器壓鑄模具

圖3 傳統加工方法

表1 大切寬層切與大切深側銑比較

表2 采用不同方法加工結果比較

3.2 案例2

如圖4所示航空齒輪箱部件，材料為工具鋼，硬度54～59HRC，每月500件，使用傳統層切小切深方式加工，時間不低于26min，且刀具磨損快，如果采用Vortex旋風銑，加工過程平穩，質量較高，加工時間將縮短為265s，同時刀具費用下降約70%。

圖4 航空齒輪箱部件

3.3 案例3

如圖5所示零件，具體參數如表3所示，采用傳統加工方式所需時間為1 883s，使用Vortex旋風銑技術，加工時間僅需373s，節省加工時間80%。

圖5 某零件

表3 某零件Vortex旋風銑主要參數

4 結語

Vortex旋風銑通過控制最大接觸角和刀具負荷，比傳統粗加工方法使用更深的切削深度加工，深度可達全刀槽長度，從而最大限度地發揮了硬質合金刀具材料切削能力，縮短加工時間至少40%，延長了刀具壽命，尤其適用于可使用全側刃深切削的模型，可最大限度發揮硬質合金刀具的效力。

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