【編者按】插銑加工有許多好處藕坯，如切削力直接傳入機床主軸和工作臺屠剥，因此可獲得比傳統(tǒng)銑削方式高得多的金屬去除率遏填。由于插銑能最大限度地減小作用于機床零部件的橫向負荷洛淑，因此能用于剛性不足的老式機床或輕型機床颈冶，以提高生產(chǎn)率。

在提高金屬切削效率上所取得的許多重大進展莽浴，都是刀具制造商破罐、機床制造商和軟件開發(fā)商共同努力的結(jié)果。插銑(Z軸銑削)加工就是一個很好的例子橱鹏。

插銑加工時膜蠢，旋轉(zhuǎn)的刀具沿著Z軸方向直接向下切入工件，并沿Z軸向上退刀莉兰，然后在X軸或Y軸方向橫移一段距離挑围，再進行與上一次切削部分重疊的垂直切削，切除更多的工件材料糖荒。

插銑加工有許多好處杉辙。尤其是在長懸伸加工中(如銑削深模腔)，傳統(tǒng)的平面銑削方式(即從工件一側(cè)銑到另一側(cè))為了盡量減小會引起顫振的側(cè)向力捶朵，不得不降低切削速度蜘矢。而在插銑時，切削力直接傳入機床主軸和工作臺综看，因此可獲得比傳統(tǒng)銑削方式高得多的金屬去除率品腹。據(jù)AMT軟件公司介紹，該公司開發(fā)的Prospector CAM軟件包中納入了插銑功能红碑，與使用紐扣型面銑刀的傳統(tǒng)平面粗銑相比舞吭，插銑加工的金屬去除率至少可以提高50%。

由于插銑能最大限度地減小作用于機床零部件的橫向負荷彬界，因此能用于剛性不足的老式機床或輕型機床骚钮，以提高生產(chǎn)率。斗山機床公司營銷經(jīng)理John Ross對插銑可以減小作用于低性能機床上的切削力的說法表示贊同垛夷，但他補充說设鼎，在結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于插銑加工的新型機床上，能夠最大限度地發(fā)揮該工藝的優(yōu)勢致煎。他指出穴厅，由于插銑切削力直接傳入機床主軸和工作臺，因此可以最大限度地減少因工件夾持不牢而產(chǎn)生的各種問題彰派。

英格索爾(Ingersoll)刀具公司模具生產(chǎn)線產(chǎn)品經(jīng)理Bill Fiorenza表示盹火，插銑有助于減少傳入刀具和工件中的切削熱狠压。他說，“插銑加工時哗衫，傳入工件的熱量并不多相品，因為刀具旋轉(zhuǎn)時切入和切出工件的速度很快。只有移動步距的很小一部分工件與刀具接觸示婉∑飞剑”

在切削難加工材料(如不銹鋼、高溫合金和鈦合金)時烤低，這一特點特別具有優(yōu)勢肘交。Fiorenza在進行插銑演示時解釋說，“通常扑馁，金屬切屑的溫度很高涯呻，你甚至可以在切屑堆中烤熱一塊三明治。然而腻要，當(dāng)插銑加工結(jié)束時复罐，你可以馬上把自己的手放在工件上，而且摸起來感覺比較涼雄家⌒ё纾” 減少切削熱除了可以延長刀具壽命以外，還能最大限度地減小工件變形趟济。

值得一試的插銑加工

插銑可以大大加快高端乱投、復(fù)雜零部件的生產(chǎn)節(jié)奏。山高(Seco)刀具公司銑削產(chǎn)品經(jīng)理Gary Meyers表示顷编，“插銑工藝應(yīng)用最多的領(lǐng)域是模具制造和航空工業(yè)卤檐，因為這些行業(yè)的零件類型非常適合插銑加工∶螅”模具制造商需要在整體工件上銑削各種復(fù)雜形狀以形成模具型腔，而許多航空零件也是用整塊毛坯加工出來的认畦。他說君订，“這些工件的切削量大得驚人，在某些情況下御颇，需要從毛坯上切除50%－60%甚至更多的工件材料溪失。”

ESPRIT CAM軟件的開發(fā)商DP科技公司產(chǎn)品經(jīng)理Kenyon Whetsell指出材框，除了復(fù)雜零件制造商以外桃逆，通用型機加工車間也能通過應(yīng)用插銑技術(shù)而獲益。他說缰俭，“有些車間還在使用2.5軸加工技術(shù)贫莹，它們的機床型式較陳舊叫质、剛性較差，夾具的夾持力也不足窗慎，但仍然希望能提高生產(chǎn)率物喷。這些車間可以利用2.5軸插銑技術(shù)來達到這一目的≌诔猓”

肯納公司可轉(zhuǎn)位銑刀全球產(chǎn)品經(jīng)理Juan Seculi認為峦失，“插銑工藝廣泛適用于大尺寸和中等尺寸零件的復(fù)雜形狀和型腔加工，在這種加工中术吗，銑刀的長徑比至關(guān)重要尉辑，而傳統(tǒng)的銑削策略會產(chǎn)生顫振和振動，縮短刀具壽命较屿∷砥牵”他說，肯納公司最近重建了其Z軸插銑刀銷售平臺吝镣，以滿足用戶不斷增長的需求堤器。“時間已經(jīng)證明末贾，Z軸插銑刀的銷售量在不斷增加闸溃，年增長率達到40%」澳欤”

圖1 山高刀具公司開發(fā)的插銑刀

圖2 肯納公司的Z軸插銑刀

插銑刀的設(shè)計特點

刀具制造商已經(jīng)開發(fā)出能充分發(fā)揮插銑技術(shù)優(yōu)勢的各種插銑刀啥诈。山高刀具的Meyers說，此類刀具的切削力基本上都直接傳回Z軸卑绢。插銑刀的幾何形狀與90°方肩銑刀非常相似专稼。不同之處在于插銑刀片的前置角與垂直面偏離了幾度，可能為87°蛮嘹，而不是90°缰嘴。“如果用90°銑刀向下插銑側(cè)壁诲要，則刀片的整個切削刃都會與側(cè)壁發(fā)生摩擦行兼。如果刀具前置角為87°，則切削刃與工件側(cè)壁之間存在余隙粱目￠股疲” 插銑刀要用刀片底部的切削刃進行切削，避免用刀片側(cè)面切削挫蓝，因為從底面到側(cè)面的過渡部位是刀片最薄弱之處陡花，而且用刀片側(cè)面加工可能引起會導(dǎo)致振動的徑向切削力。

Meyers補充說抒寂，雖然用刀片側(cè)面進行切削的情況并不多見结啼，但在一些稱為“向上(或向下)仿形銑”的加工中掠剑，銑刀可以在向上和向下的行程中插銑加工出復(fù)雜形狀。一個簡單的例子就是利用底部根切方式來銑削加工直側(cè)壁妆棒，“你可以先向下插銑澡腾，然后向內(nèi)移動，并銑削工件的根部糕珊《郑”

Meyers認為，插銑技術(shù)的局限性在于刀具實際切削直徑與刀體直徑之間的差距红选。為了向切削刃提供盡可能大的支撐澜公，標準面銑刀的刀體需要加大到盡可能接近刀具的整個切削直徑。對用于仿形銑削的插銑刀來說喇肋，刀片的切削直徑超出了刀體直徑坟乾。他說，“但超出量有一定的限制蝶防，因為插銑刀片的伸出量不能太大甚侣。”

Meyers表示叨斜，雖然插銑是一種典型的粗銑加工妇保，但其技術(shù)和刀具同樣適用于半精加工和精加工。他建議转隘，為了獲得更好的加工表面光潔度雨担，應(yīng)該減小徑向吃刀的走刀步距，與用球頭立銑刀進行三維精銑時所采用的減小步距加工方式相同暑苍。

Meyers解釋說由颗，從本質(zhì)上講，走刀步距是基于刀片寬度和切削刃對工件材料的切入量來確定的越稻。刀具產(chǎn)品樣本推薦的步距尺寸會產(chǎn)生一定的殘留高度坛铭，它決定了某種特定插銑刀的加工表面粗糙度。

肯納金屬公司的Seculi表示键瓢，插銑刀的設(shè)計正在不斷改進和完善隶丁。例如畏纲，肯納Z軸插銑刀的新特點包括：在刀體上設(shè)計的鋸齒形結(jié)構(gòu)能提高成屑和排屑性能讶隐，冷卻液出口的設(shè)計能改進切削熱的控制和排屑性能炫咱。他說胁澳，“這些和刀體一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計與采用大正前角的前刀面相結(jié)合锌褒，可以減小切削力否副，降低對機床功率的要求壹粟，從而延長刀具壽命和提高加工可靠性伯铣∩氪耍”

CAM插銑編程需要考慮的因素

Fiorenza指出轮纫，雖然插銑技術(shù)的應(yīng)用已有至少15年的歷史，但近年來焚鲜，加工車間正越來越清楚地認識到掌唾，插銑可以獲得更高的材料去除率，而且由于走刀路徑的編程和驗證變得更容易忿磅，插銑加工的應(yīng)用也變得比過去更容易糯彬。越來越多的CAM系統(tǒng)已有專門用于插銑加工的算法。此外葱她，利用切削仿真軟件撩扒，加工車間可以在運行插銑循環(huán)程序之前，驗證其可靠性吨些。Fiorenza說搓谆，“你的確需要對刀具沿走刀路徑的運動進行驗證，因為專用插銑刀通常都不是中心刀具词羹∏杉”在使用非中心刀具時，如果選用的走刀步距不合適膛灯，或不清楚工件的加工余量贵埋，都有可能造成打刀。

據(jù)Meyers介紹搭屿，一些車間采用數(shù)控加工中的G81鉆削循環(huán)程序來執(zhí)行插銑加工腋民。但在這種加工中，當(dāng)銑刀從向下插削返回時探龟，其刀片可能會與工件側(cè)壁發(fā)生刮擦项起。

為了解決這一問題，專門編制的CAM插銑循環(huán)程序在刀具到達下插底部否癣，準備退刀返回其行程頂點之前廊珊，將其沿X軸或Y軸方向移動0.025－0.050mm。刀具后移可以避免退刀時刀片與已加工表面發(fā)生刮擦栏荷。

Meyers說答倡，“也可以手動編制插銑循環(huán)程序。在某些情況下驴党，如果是下插深度相同的簡單插銑瘪撇，你可以只編寫一個子程序，確定刀具在X軸或Y軸的運動港庄。但手動編程的工作量很大倔既，只有在確有必要和無需編寫加工代碼的情況下才采用∨粞酰”

DP技術(shù)公司的Whetsell說渤涌，“我們嘗試優(yōu)化插銑加工循環(huán)佩谣，使用戶能充分發(fā)揮插銑刀在每次切削中的最大潛力，以盡可能少的走刀次數(shù)实蓬，切除盡可能多的工件材料茸俭。確定編程參數(shù)時，需要對刀具切入工件的軸向吃刀量進行動態(tài)計算安皱，目的是在每一次插銑走刀中调鬓，最大限度地利用刀片的切削能力。這就需要知道工件毛坯和加工后成品零件的尺寸酌伊∶伊幔”

只要知道了零件的最終尺寸，就能確定銑刀的插銑深度锡锐，而知道了工件毛坯的尺寸铆羡，就能確定從何處開始插銑。Whetsell說操椰，“這基本上就是現(xiàn)階段對以前曾進行插銑加工的工件毛坯的編程信息能狼。在DP公司的ESPRIT CAM軟件中，我們將其稱為‘毛坯自動編程’跌仗∷逞”

Whetsell說，“在X軸或Y軸方向切削后退刀的編程變得有些棘手掩若，因為你不能讓刀具正好退到其后的工件材料中嘁凤，你也不希望將刀具退到剛才切削產(chǎn)生的殘留材料中】祺蓿”

CAM軟件能以各種不同的方式編制插銑加工程序租躁。Whetsell說，“例如向楼，你可以不定義走刀步距或徑向切寬查吊，你可以定義殘留高度(比如說0.25mm)，CAM軟件就能計算出實現(xiàn)該殘留高度的插銑次數(shù)湖蜕÷呗簦” DP技術(shù)公司正在為ESPRIT軟件開發(fā)專用的插銑加工循環(huán)，一些用戶已通過該軟件包先進的編程界面編制了插銑加工程序昭抒。

肯納公司的Seculi介紹說评也，插銑加工采用的切削參數(shù)和專業(yè)術(shù)語與其他銑削方法有所不同。例如灭返，為了防止顫振盗迟，當(dāng)插銑刀懸伸較長時，要采用較低的切削速度。在描述插銑加工時诈乒，平面銑削中用于表示軸向切深的Ap的含意也發(fā)生了變化，因為它被定位于插銑刀的徑向而不是垂直軸方向(見圖6)婆芦。在Z軸插銑加工中怕磨，沒有軸向切深尺寸，只有徑向切深(即走刀步距)和徑向吃刀尺寸绣摹。

切削深度通常與刀片尺寸有關(guān)醇颗。肯納公司建議辽嘹，在插銑加工時搭诬，應(yīng)始終保持切削深度大于刀片切削長度的15%。如果切削深度變得接近或小于刀片的刀尖圓弧半徑值漠阻，則徑向切削力就會增大转傍，從而喪失插銑技術(shù)的一些優(yōu)勢。

插銑與大進給銑削

插銑是一種具有高生產(chǎn)率的金屬切削策略哮怯。選擇采用該技術(shù)還是其他銑削策略取決于多種因素糜实。

為了最大限度地發(fā)揮插銑優(yōu)勢，需要使用專用插銑刀和精心進行CAM編程危漱。在許多情況下错这，大進給銑削可以成為更簡便易行的插銑替代方案。

大進給銑刀基本上都是具有大前置角的直刃銑刀赐匕。大前置角使切屑變薄妄午，為了保持足夠的切屑厚度，就必須提高進給率背零。大進給銑刀以大進給率腰吟、小切深量快速切除金屬材料，同時可將作用于機床和刀具的橫向負荷減至最小徙瓶。

英格索爾刀具公司的MAXline產(chǎn)品經(jīng)理Tom Noble認為蝎困，零件的特征尺寸和結(jié)構(gòu)可以幫助加工車間決定應(yīng)該采用插銑還是大進給銑削。他說倍啥，“如果需要加工一個小凹腔禾乘，采用插銑可能比較合適。由于徑向移動距離短虽缕，因此無需徑向銑削太多材料始藕。但是，如果需要銑削的面積相當(dāng)大氮趋，采用大進給銑削可能效率更高伍派。” 大進給銑削確實存在橫向負荷，但通過采用小切深诉植、快進給和多次走刀祥国，可將其減至最小。

該公司的Fiorenza指出蘑砖，用直徑50mm以上的插銑刀進行長懸伸插銑可能非常有效初瓜。而大進給銑削可能更適合小直徑銑刀的長懸伸銑削。他說永僚，“當(dāng)?shù)毒邞疑扉L度增大到直徑的4倍或6倍時否北，就會開始出現(xiàn)某些類型的顫振。你可以采用大進給銑刀和0.38－0.50mm的小切深來應(yīng)對這些加工伙二√酒ィ可能還需要采用一些抗振刀具結(jié)構(gòu)，如整體硬質(zhì)合金刀柄和模塊化刀頭崔三⊥”

Noble認為，選擇銑削方法的一個關(guān)鍵考慮因素是車間的日常加工任務(wù)软旁，“比如說授工，如果你平時要進行大量三維銑削，并希望也能做一點插銑加工价恨，我會建議你采用大進給銑刀细层，用它也可以進行有限的插銑加工。但對于型腔銑削唬涧、直壁和溝槽銑削以及大批量加工疫赎，你則應(yīng)該投資購買專用插銑刀∷榻冢”

選擇合適的插銑機床

雖然通用型機床具有“一機多用”的優(yōu)點捧搞，但為了最大限度地提高生產(chǎn)率(以及減小變形)，采用專用機床往往是更好的選擇狮荔。生產(chǎn)立式加工中心(VMC)胎撇、臥式鏜銑床等產(chǎn)品的斗山機床公司可提供從輕型攻絲中心到用于模具重載切削的高速五軸加工中心的各類機床。營銷經(jīng)理John Ross表示殖氏，該公司可為不同的加工(乃至不同的地域)量身定制機床晚树。例如，有些機床采用直線導(dǎo)軌雅采，而另一些機床則采用更結(jié)實的硬軌爵憎。“當(dāng)我們進入美國加州一些地區(qū)主要切削輕型材料的市場時婚瓜，直線導(dǎo)軌機床正好對路宝鼓。而當(dāng)我們進入中西部地區(qū)一些加工航空材料和高溫合金的市場時婶签，用戶則需要能承受較大切削力、更堅固耐用的硬軌機床乾爆”肟牵”

采用直線導(dǎo)軌的高速模具加工機床在快速切除少量工件材料時性能優(yōu)異，而采用插銑技術(shù)可以進一步提高其粗加工能力舆伺。但這種機床承受切屑負荷的能力卻不及硬軌機床暴赡。

Ross指出，斗山的Mynx系列立式加工中心是能夠最大限度發(fā)揮插銑優(yōu)勢的加工平臺懦诸，其剛性在斗山VMC中最高。該機床的基座采用整體鑄造趣临，1500mm×750mm工作臺能夠加工大型模具或航空鑄件赖谷。

斗山公司應(yīng)用工程師Steve Sigg指出，“機床主軸越粗大幸膨，銑削能力就越強滥氏。”在重載切削時慷甩，插銑技術(shù)可以幫助用戶對一些難加工材料(如Inconel合金和不銹鋼)進行高效粗銑加工妈踊，而用面銑刀對這些材料進行徑向加工效率很低。當(dāng)?shù)毒邞疑炝枯^大時泪漂，橫向銑削力會引起過度振動廊营，而插銑加工也能很好解決這一難題。

他順便提到萝勤，制造商開始對插銑加工感興趣的另一個原因是露筒，隨著美國制造業(yè)的復(fù)興，一些模具加工任務(wù)正不斷從中國回流到美國敌卓。

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