螺旋銑削的現狀和研究趨勢

湯愛君　李同　王紅梅　王洪祥

摘 要 螺旋銑削是一種成熟的制孔加工工藝，與傳統鉆削相比，它具有多種優勢。在螺旋銑削過程中，刀具在繞其自身軸線旋轉的同時沿螺旋路徑銑削。由于其靈活的運動特性，可以實現低切削力，降低刀具磨損和改進的鉆孔質量。本文綜合介紹了螺旋銑削過程，描述了當前螺旋銑削工藝現狀，指出了該領域的未來趨勢。最初，螺旋銑削的優點是針對傳統鉆孔而提出的。之后，總結了螺旋銑削中的刀具壽命和磨損研究，證明刀具磨損的演變可以在圓周刃和螺旋切削刃中進行觀測，在大多數情況下，圓周切削刃可以確定刀具壽命。這種螺旋銑削的綜述可以作為當前實驗和理論研究結果的總結，并提供未來的研究方向和趨勢。

關鍵詞 螺旋銑削 制孔加工 刀具磨損 壽命

0引言

螺旋銑削是一種制孔工藝，銑削刀具在繞其自身軸線旋轉的同時沿螺旋路徑銑削，與傳統鉆削相比，具有多個優點。螺旋銑削提供了許多不同的銑刀，可以銑削復雜的鉆孔幾何形狀，包括生成不同的鉆孔直徑，復雜的錐形孔，并且可以自動修正鉆孔中心位置。螺旋銑削工藝已應用于難切削材料（如碳纖維增強塑料（CFRP），鈦合金，硬質合金材料和其他航天材料）中的鉆孔加工，在整個螺旋銑削加工過程中，在鉆孔尺寸，幾何形狀和粗糙度方面都取得了令人滿意的結果，同時，螺旋銑削被認為是可持續鉆孔工藝。

（1）螺旋銑削的優點。螺旋銑削是一種新的鉆孔加工工藝，可用作常規鉆孔的替代品。考慮到除了旋轉刀具之外的螺旋進給，鉆孔中心附近的材料去除是通過切削而不是擠壓實現的，不同于鉆削，其會產生低推力。螺旋銑削的好處之一是切屑容易排出，因為它們通過孔和刀具之間的徑向間隙傳送到切削區域，而在鉆孔時，它們通過孔隙空間排出。通過編程正確的刀具路徑，在螺旋銑削中也可以方便地進行鏜孔和沉孔。在鉆削難以切削的材料時，刀具的失效模式是災難性的，在螺旋銑削中，刀具磨損的演變可以被監控，并且磨損機制可以被更好地理解。在螺旋銑削中，可以在刀具和工件材料之間的接觸不是恒定的外圍刀刃中監測刀具磨損； 在底部切削刃中，切削連續并產生更嚴重的磨損，確定刀具壽命標準。通過調整偏心率，可以修正刀具路徑以補償刀具磨損，防止鉆孔直徑偏差。進行螺旋銑削研究以獲得切削條件以實現無顫動過程。由于溫度和切削力的減少，螺旋銑削在機械復合材料中具有巨大的潛力。因此，螺旋銑削在CFRP加工中表現出較低的分層和損傷。

1螺旋銑削切削力切削溫度的影響

對切削力的行為和強度的了解，對于評估切削能力并獲得嚴格的公差和精度非常重要，有利于刀具磨損水平的降低。正確選擇切削參數，避免機床振動，提高工件表面質量，幾何精度，保證工藝穩定性，并分析主軸單元的動態性能。螺旋銑削過程的未變形切屑幾何形狀可以用來解釋每齒的軸向和切向進給對切削力的影響，也可以用半分析方法來模擬切削力。外圍切削刃主要產生徑向切削力，而前切削刃不僅產生徑向切削力，而且產生軸向切削力。徑向切削力可能導致刀具的徑向偏轉并引起振動，而軸向切削力可能使工件在軸向方向上變形，從而導致不良的表面加工。

在高速切削過程中往往伴隨著高切削溫度，其會導致嚴重的刀具磨損，導致加工精度下降。在傳統鉆井中，與切屑形成相關的大部分機械能轉化為熱量。由此產生的溫升可能會導致鉆頭和工件的熱損壞，例如刀具快速磨損和尺寸誤差。隨著鉆頭在鉆孔過程中進一步進入工件并在一個限定的空間內生產切屑，熱量很容易儲存在孔內的切削材料中。就CFRP材料而言，鉆孔引起的分層和熱損傷是嚴重的問題而螺旋銑削加工的應用能降低溫度對鉆孔精度的影響。

2結論

在未來的研究中，將會嘗試找到切削力和溫度最小化，切削力的增加可能會加速磨損，并導致尺寸和幾何偏差。高溫水平可能會縮短工具壽命并削弱通過螺旋銑削獲得的鉆孔表面下的機械性能。因此，通過實驗來建模和優化，以實現螺旋銑削的最佳質量水平。

參考文獻

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