摆线铣削和剥离铣削的机械师指南


高速加工的所有方面都是一个真正的挑战。过滤真实的东西和流行语本身就是一件苦差事。

那么,剥铣是一种值得学习的技术吗?

肯定

剥离铣削是一种使用高进给率、低径向切削深度和高轴向切削深度的方法。它在很大程度上依赖于切屑减薄的原理,使用的刀具路径可使整个凹槽长度上的刀具磨损最大化。

摆线铣削是一种特殊类型的运动——一种圆形高速运动,非常适合雕刻深槽和其他狭窄特征。但是,如果使用不当,可能会浪费很多时间。

好吧,那里面的信息太多了。让我们将其分解,并使用一些图表来解释发生了什么,如何正确地执行,以及如何知道应用程序何时证明了这一点。

剥铣原理

这里的基本思想是使用一个小跨步,通常约为刀具直径的10%,但最大Z深度。

当然,在现实世界中使用此方法时,最好咨询刀具制造商,以获得推荐的切削参数,但这些数字通常非常现实。

例如,如果您有一个0.500英寸的立铣刀,您将在1.0英寸的深度进行切割,但跨距为0.050英寸。将其与深度为0.250〃且跨距为70%或0.350〃的标准切割方法进行比较。

现在,如果我们看一下切割接触的区域,我们可以计算出我们可以得到什么样的库存移除。

对于标准铣削方法,我们切割的面积为0.250〃x 0.350〃,或0.0875平方英寸。

传统铣削区域

对于剥离铣削方法,我们切割的面积为0.050〃x1.000〃,或0.050平方英寸。

剥皮铣削切削面积

在这一点上,它不是很令人印象深刻,不是吗?削皮研磨几乎没有与传统方法相同的参与。

但这里有一种秘方。

剥铣可以利用一种叫做切屑变薄

如果你看一下你得到的芯片的大小,在如此低的径向啮合,你会意识到它实际上是超薄的。这意味着你可以提高进给速度以得到正常的切屑厚度。

传统铣削切屑厚度
削屑厚度

根据这些草图,您可以使用进给速度提高70%,切屑厚度相同作为“传统加工”模式。

现在让我们将之前的例子从2D区域转换为3D体积。

要做到这一点,我们需要添加一些材料数据,以得出现实的饲料率。假设我们要削减4140辆高速公路。我们将使用400 SFM的切削速度进行标准加工。让我们看看清理存货是什么样的。

对于传统加工,转速计算为3200 RPM。我们将使用标准的4槽立铣刀,每齿进给率为0.003〃。这意味着我们将以每分钟38.4英寸的速度给切割器喂料。

采用相同的0.250深x 0.350跨度切割,我们的2D切割是0.0875平方英寸。要换算成每分钟立方英寸,我们要乘以进给速度。

0.1875平方英寸x 38.4英寸每分钟=每分钟3.36立方英寸。

现在我们来比较一下削皮的过程。

为了将相同的0.003英寸切屑厚度保持在0.050英寸跨距,进给量可以增加到每齿0.0051〃。剥离铣削的另一个好处是转速也可以提高。

因此,让我们将转速提高到500 SFPM,每齿使用0.0051英寸的芯片。计算结果为4000 RPM,并且喂料速度为81.6 IPM。如前所述,0.050〃跨步和1.000〃切割深度的面积为0.050平方英寸。

0.050平方英寸x 81.6英寸每分钟=每分钟4.08立方英寸。

这是关于材料去除速度加快15%而不是传统的方法。但剥离研磨的优势还不止于此。

最大化刀具磨损

传统粗加工方法的真正缺点之一是磨损非常集中在立铣刀的底部。

使用相同的前一个例子,我们的端铣刀在一个小时的工作后会是什么样子?

底部的0.250英寸将磨损,顶部的0.750英寸将完全新鲜。没有真正最大限度地利用工具,是吗?现在,除了立铣刀本身的成本外,还要加上机器操作员更换新立铣刀的停机时间。总的来说,这不是一种有效的方法。

现在将它与用于削皮的工具进行比较。一个小时后这个工具会是什么样子?而不是所有的磨损集中在25%的工具,磨损将均匀地分布在整个凹槽长度。

此外,由于小径向啮合,个别槽实际上在削减的时间更少。让我举例说明。

对于传统的铣削示例,凹槽在360度中切削112.89度,或全旋转的30%。换言之,每切割一分钟,单个长笛工作18秒。
对于削皮铣削的例子,凹槽切割36.87出360度,或大约10%的全旋转。这意味着每一分钟的切割,每个长笛只能工作6秒。

简单地说,与传统铣削相比,刀具凹槽的实际工作时间约为剥离铣削时间的1/3。

这是否意味着你的刀具使用寿命是原来的3倍?根据我的经验,并不总是这样。但我确实倾向于显著提高刀具寿命,特别是在钛、铬镍铁合金和钴铬合金等难加工材料中。

摆线剥离铣削刀轨

在前面的示例中,剥离铣削用于清除容易接近的材料。但是如果你需要切一个深槽呢?你还能使用剥铣的原理吗?

肯定这就是摆线剥铣的用武之地。

首先,让我们看看什么是三弦。

三次曲线

以下是三弦琴的基本概念:

想象一下,当你向前走的时候,用绳子的一端在你的头上摆动一个重物。一个点围绕一个中心旋转并向前移动的基本运动是三次曲线。

以下是这项动议的说明:

摆线运动–当中心点前进时,该点旋转。

你基本上得到的是一个雕刻动作。对于刀轨,前进速度较低,但“旋转”运动在高速下完成。这就是保持切割压力轻的原因。

以下是CAM系统中这些刀轨之一的示例:

摆线刀轨

正如你所看到的那样,快速地向前推进工具可以保持一致的径向啮合。

切屑间隙

对于切屑间隙会成为问题的狭窄区域,摆线铣削是一种非常有效的方法。

在传统的铣削加工中,很难将厚而重的切屑从像口袋这样的深部特征中取出。这意味着,当刀具在特征中进给时,这些切屑将再次被切割。

这种额外的、不受控制的金属切屑切割不仅增加了刀具的大量磨损,而且还增加了操作的不稳定性。切屑堆积会意外地将切割器撕成两半。

摆线铣削是从深部特征中清除切屑的极好方法。与传统铣削的厚而重的切屑不同,剥离铣削的切屑长、细且轻。这意味着冷却液压力或气流可以很容易地将其从工件上清除。

剥皮磨屑薄而轻

但有一件事值得注意,那就是果皮磨屑是由果皮制成的真正地快。这意味着你的冷却剂或空气压力需要非常可靠。如果发货出现任何问题,事情就会迅速恶化。

剥皮和摆线铣削需要什么?

我知道很多人已经用传统加工的标准工具尝试过了。然后当什么东西爆炸时,(在他们看来)是因为削皮只是个噱头,不起作用。

我可以向您保证,它工作得非常好,但您需要确保使用正确的工具和设备。

工具持有人

削皮铣削会给工具带来更大的压力,而且可能会成为振动的噩梦。你的刀架需要非常坚固,才能处理这种高性能的铣削。

这是什么意思?

不要使用weldon柄或ER夹头端铣刀支架。

说真的,你永远也不会有好的结果。他们只是没有把工具握得足够牢,从而抑制了振动。即使你使用一个48英寸的作弊条。

除了剥皮铣削可以实现的高速和进给外,刀具还有拉拔的趋势。这是因为齿猛烈地撞击工件,凹槽的螺旋线将刀具向下推出刀架。Weldon刀柄支架和ER夹头几乎不能抵抗这种情况。

我最喜欢的选择是一个高质量的液压工具夹具,虽然我也有非常成功的收缩配合系统。

我喜欢液压刀架的多功能性和减震性。它们不会像其他系统那样,在特定频率下响。而且,要安装不同直径的立铣刀,只需更换套筒即可。

热缩配合系统也非常出色。钢体一旦冷却后的夹紧力是疯狂的,所以用这种方式夹紧的工具是非常坚硬的。这样做的缺点是,您需要一个加热支架的系统来更换立铣刀。这可能是一个相当高的启动成本,所以对于商店来说,获得这一功能是一个承诺。

一项值得关注的技术是来自Haimer的Safe-Lock。这是一种非常神奇的稳定硬质合金立铣刀的方法,使刀具基本上不可能从刀架中拔出。您会注意到,使用这样的系统,您可以更用力地推动这个工具。

尽管Haimer拥有这项技术的专利,但是他们通过许可将其提供给其他的工具制造商,所以你会看到其他品牌也提供这项技术。

专门的刀具

这是削皮的另一个有趣的方面:切屑总是细长的。

在选择刀具时,我们可以利用这一点。这不是绝对的要求,但它将帮助您利用剥离铣削的高性能功能。

传统的厚而重的切割方式意味着刀具的凹槽之间需要很大的空间来清除碎屑。这些碎片需要找个地方存放,所以需要在这些切割工具上设计大的间隙来容纳它们。

使用削皮铣削,你不需要大量的碎屑清除。

这意味着有两种可能:

  1. 切割机上的凹槽不需要那么深,因此芯直径可以大得多。这意味着您可以使用更强大的工具,并将其推得更用力。
  2. 你可以用更多的笛子。与标准的4槽立铣刀不同,许多设计用于剥离铣削的刀具有6或8槽。仅此一项就可能使可能的进料速率翻倍。

现在考虑我们之前提到的比较传统磨皮和削皮磨皮的例子,我们可以看到,使用专门的工具,我们可以得到明显更高的效率。

这就是为什么许多商店能够材料去除量加倍通过投资专用设备。

高速磨机

如果你有一台80年代的旧机器,你可能不会对它对剥铣的解释印象深刻。

特别是对于像摆线铣削这样的事情,你需要一台快速的机器。而且也不仅仅是最大喂食率。

一台机器需要能够处理剧烈的加速和减速,否则你永远也赶不上速度。您可能会在机器上注意到,当您在急转弯时,控制面板上显示的进给速度经常不断变化,在急转弯时会减慢。

您的磨机需要能够准确地进行小而快速的移动。对于大多数机器,您可以输入一行代码来更改模式–从高速模式到精确停止模式以及介于两者之间的所有模式。在高速模式下,它需要能够遵守编程刀具轨迹,而不会明显超调。

否则,当您的机器最终超调并将刀具推入材料中0.080〃而不是预期的0.050〃时,您将有大量损坏的刀具。

除了拥有快速响应的伺服系统以快速处理方向上的急剧变化外,您的机器还需要具备快速思维能力。

对于高速加工,您可能会得到包含数百万行代码的程序。如果您的机器控制器不能足够快地读取代码,那么当您的机器试图找出下一步行动时,您从剥铣中获得的所有潜在效率都将丢失。

为高速加工装备良好的机器将宣传高“块前视”,通常是10,000块。

这意味着控制器将在当前块之前读取10,000块,从而能够在允许的公差范围内“规划出”最有效的到达此刀具路径的方法。如果您的机器没有这种能力,那么您可能会发现,您的输入速率实际上从来没有达到您编程的目标。

凸轮系统

这相当简单。为了从剥离铣削中获益,您需要有能够进行剥离铣削的软件。

好消息是,剥离铣削已经存在了一段时间,因此大多数像样的CAM软件包将提供一些东西。

然而,他们并非生来平等。有些允许你比其他人更严格地控制。如果您正在为您的车间查看CAM软件包,请慢慢来,看看CAM刀轨和后处理结果有多好。

我说要注意后处理器的原因是,使用剥离铣削,您将有很多小动作。您希望将其精确计算为arc命令(或样条曲线,如果您的机器有西门子控制器),而不存在舍入问题。如果你不得不使用G1直线运动,因为你的机器控制器不断出现错误,说你的G2和G3值有问题,你将不会是一个快乐的露营者。

事实上,随着削皮研磨越来越成为主流,这一因素越来越少,但即使如此,这也是一个需要注意的因素。

剥铣何时可行?

这不是您在CAM软件中可以选择的唯一操作的原因是:虽然这是一个很好的解决方案,但它不能适用于所有的操作。

如果你能将刀具深深地埋入材料中,剥离铣削效果最好。换句话说,如果你做的是浅薄的钱包,你最好用另一种策略。

开槽

摆线铣削通常是开槽的最佳解决方案,但它确实取决于特征几何形状。例如,槽可能太深,唯一合理的切割方式要么是用切割锯或电火花加工。如果槽是0.050″宽x 1.000″深,没有立铣刀将帮助您。

我发现长线开槽的最佳位置是,你可以最大限度地增加一个端铣的深度,在槽宽的50-75%之间。换言之,对于宽0.75〃深1.000〃的槽而言,带有摆线刀轨的半英寸立铣刀将是一个极好的选择。

中饱私囊

这是有钱人的绝佳选择。薄而轻的切屑很容易用气流或高压冷却液从袋中吹出,如果可以使用整个凹槽长度,材料去除率非常高。

坚硬或奇异的材料

当我对钛进行粗磨时,我使用两种方法中的一种:切入磨或剥离磨。

钛合金的插入式铣削的材料去除率是首屈一指的,但残留的扇贝可能是清除的痛苦。在运行精加工工具来完成功能之前,它们通常需要过多的半精加工操作。

另一方面,剥铣通常可以在一次操作中进行粗加工和精加工。特别是对于深度和狭窄的特征,这很难被击败。

当涉及到坚硬和研磨性材料时,剥离研磨确实非常出色。由于它沿整个凹槽长度分布磨损,因此在凹口磨损或碎屑常见的应用中,它是一个很好的解决方案。这里有一些材料,你应该认真考虑使用剥皮铣削作为一种实用的粗加工方法:

  • 铬镍铁合金
  • 钴铬
  • 硬化工具钢(50 Rc以上)
  • 一般来说,加工硬化、磨料或硬化的任何材料。

当剥铣没有意义时

当你不能使用一个很好的长笛长度,那么剥铣可能不是一个很好的选择。

例如,如果你有一个浅槽——比如说0.750〃宽x 0.375〃深——你最好使用传统的3/4〃立铣刀并将其埋入地下。

如果它是一种异国情调的或硬化的材料,即使你不能使用太多的长笛长度,剥离铣削也可能是有意义的。有时,解决办法是简单地使用较小的刀具。或者研究其他策略,如高进给切割(低Z深度、全切刀宽度跨步,以及非常高饲料)。

最终,一旦你尝试了一点,你就会对它有一种良好的感觉。也许可以尝试用几种不同的方法编程刀具路径,看看哪种方法似乎能够实现最佳循环时间。只需确保为每种策略设置了适当的加工条件,不要使用标准进给率进行剥离铣削。

好了,你已经准备好面对剥皮世界了。

你对高速加工有什么建议和技巧吗?或者你对削皮有什么问题吗?在下面的评论中分享吧!

乔纳森·梅斯

在过去的14年里,我一直从事制造和维修工作。我的专业是机械加工。我管理过一家机器车间,拥有多轴CNC机器,用于航空航天和医疗原型制作和合同制造。我还做了很多焊接/制造,以及特殊工艺。现在我经营一家咨询公司,帮助其他人解决制造问题。yabo49

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