錯(cuò)齒分屑原理在插銑刀具的應(yīng)用研究

舒鑫，雍建華

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司透平工藝部，遼寧 沈陽 110869）

插銑是一種極具潛力的加工方法，與側(cè)銑加工相比，其最突出的優(yōu)勢(shì)是加工效率高，特別適用于材料去除量大的零件的粗加工。

插銑工藝目前并未在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，原因之一是缺乏高性價(jià)比的插銑專用刀具。部分刀具廠商推出了自己的插銑刀具產(chǎn)品，但大都價(jià)格昂貴，且存在以下幾方面的不足：首先，切削時(shí)產(chǎn)生的徑向力較大，刀具向遠(yuǎn)離材料的方向讓刀，退刀時(shí)，刀尖與已加工表面摩擦，在加工薄壁件時(shí)，會(huì)引起工件的變形；選用較大的切削參數(shù)或工件材料對(duì)刀具的包角較小時(shí)，切削振動(dòng)強(qiáng)烈，這極大地影響了切削穩(wěn)定性，降低了加工質(zhì)量和刀具壽命，也削弱了插銑工藝加工效率高的優(yōu)勢(shì)。此外，當(dāng)工件材料為難加工材料時(shí)，刀具壽命不足的問題尤為突出。

1 插銑加工錯(cuò)齒分屑原理

插銑加工時(shí)，刀具進(jìn)給方向沿刀具軸向，插銑加工過程如圖1所示，圖中αp表示插銑步距（背吃刀量），αe表示側(cè)吃刀量。

插銑加工時(shí)，刀具從工件頂部銑削到工件根部之后沿原路徑快速退出，刀具退出后，首先步進(jìn)一個(gè)步距ap后重復(fù)之前的切削過程。切削加工過程中，需要改變刀具軸線方向的稱為變軸插銑，不需要改變刀具軸線方向的稱為定軸插銑。插銑加工得到的側(cè)壁是由一系列直徑為刀具直徑的圓組成的包絡(luò)線，已加工表面的材料殘留高度由插銑步距和刀具直徑共同決定。

圖1 插銑加工

插銑刀具的進(jìn)給方向沿刀具軸向，因而刀具角度定義與側(cè)銑刀具不同。對(duì)插銑刀具性能影響較大的幾個(gè)刀具角度中，前角和后角共同決定刀具的鋒利程度；刃傾角和主偏角決定了刀具所受徑向力的方向和大小，刀具受到的徑向力過大會(huì)導(dǎo)致加工精度的下降和已加工表面質(zhì)量的惡化；副偏角影響刀具副切削刃與已加工表面之間避空的大小，過小的副偏角會(huì)加劇退刀時(shí)刀具與已加工表面的刮擦。在刀具設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮各刀具角度對(duì)刀具性能的影響以及刀體本身的幾何結(jié)構(gòu)，選用合適的刀片、設(shè)置適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)。

2 應(yīng)用分屑原理是提升刀具性能的有效途徑

目前，鮮有研究者將分屑原理應(yīng)用于插銑刀具的設(shè)計(jì)，但相近領(lǐng)域的研究成果對(duì)分屑插銑刀具的研究有較大的指導(dǎo)作用。與分屑刀具相關(guān)的研究中，具有分布式多點(diǎn)陣端部切削刃的螺旋銑孔專用刀具解決了干切削條件下，傳統(tǒng)立銑刀對(duì)鈦合金、復(fù)合材料等航空難加工材料進(jìn)行螺旋銑孔加工時(shí)刀具壽命低、加工質(zhì)量差等問題。一種能同時(shí)加工出多根微細(xì)金屬長(zhǎng)纖維的多齒刀具將整個(gè)切削層切下的同時(shí)，可以把切屑分屑形成多根纖維。有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了后波刃立銑刀采用正弦曲線刃形時(shí)的性能更優(yōu)，通過刀具分屑可以減小切屑尺寸，進(jìn)而減小切削力。對(duì)銑削加工來說，周期性的切削力正是引起穩(wěn)態(tài)切削時(shí)刀具和工件強(qiáng)迫振動(dòng)的主要原因，因而刀具分屑也可以減輕切削振動(dòng)，當(dāng)切削力和切削振動(dòng)被減小時(shí)，刀具壽命將得到提升。

3 結(jié)語

結(jié)合分屑刀具的上述優(yōu)點(diǎn)，我們可以將錯(cuò)位分屑原理應(yīng)用于插銑刀具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步分析刀具實(shí)現(xiàn)可靠分屑的條件。通過對(duì)比刀具角度相同的分屑插銑刀具與普通插銑刀具的性能，分析錯(cuò)位分屑原理的應(yīng)用對(duì)插銑銑削力、銑削振動(dòng)和刀具壽命的影響，將錯(cuò)齒分屑原理與傳統(tǒng)插銑加工相融合，開發(fā)出具有更高加工效率和刀具壽命的錯(cuò)齒分屑插銑刀具及工藝應(yīng)用于材料去除量大的零件加工。