高性能铣刀解决加工难题

传统模具制造有时很慢，并且有很多工序，如果模具制造者使用“先钻孔后铣削”的方式，这些缺点尤为明显。这个操作需要制造者先在工件上钻一个余隙孔，然后在更换刀具后，使用立铣刀慢慢铣削材料。更换刀具降低了生产效率，如果出现刀具突出过多，刀具震动或者夹具不稳等情况，制造者就不得不减慢铣削速度。

一些模具制造者使用高性能铣刀生产大中型模具，这样就能很好地解决这些问题。通过使用多种工件进入方法，这些铣刀不需要先在工件上钻余隙孔。在空间允许的地方，这种机床能够使用螺旋插补法在固体材料上钻孔。在其他情况下，铣刀能够以一定的角度斜线切入工件或沿Z轴垂直切入工件。

一旦这些初步工序完成后，同样的刀具就能像标准面铣刀那样沿着X和Y 轴切人工件。模具制造者只要有一个斜切/垂直进入/面铣刀(RPF刀具)和CNC编程就能完成以前要用很多刀具和设置并且要用更长的加工时间才能完成的操作。

当斜线切入工件或垂直切入工件时，刀片同时用其内刃和外刃切削。在空腔生产操作中，同其他类型的刀具相比，这种同时切削行为能够减少80%的加工时间。RPF刀具的设计提高了生产力，它包括高剪切刀片几何结构，这就增强了自由切削作用并且改进了模具表面的光洁度，还包括大切屑凹槽和可转位螺纹刀片以帮助切屑流出。因为刀具的高正前角几何结构能很好地清除切屑，它们的性能在卧式或立式加工机床上几乎相当。

现在，RPF刀具有直径从1英寸到6英寸的标准刀具，还有直径达到8英寸的特殊刀具。还有专门为刀具设计的有各种刀尖半径的圆形和长圆形刀片。

增加进入

为了从使用RPF刀具中获益，模具制造者必须为CNC 车床编程来利用刀具的独特铣削作用。RPF刀具应该被编程为顺铣切削。这在加工硬化材料时尤其重要。在其他材料上使用RPF刀具时，并不一定要使用顺铣，但顺铣仍是被推荐使用的

其次要考虑的问题是选择进入工件和制造空腔的方法。RPF刀具能够用螺旋插补、斜线切入、垂直切入方式进入工件。

螺旋插补法

在使用三轴机床加工时，螺旋插补是这三种进入方法中最有效的进入方法。要想螺旋插补一个孔，刀具要沿一个直径稍小于两倍刀具直径的圆周运动。随着刀具沿切口的运动，刀具也沿着Z轴向下运动，因此刀具不断向工件内部切入。用这种方法，刀具只有一次切入和退出工件，保持更为一致的DOC和切削负载，而不用在Z轴上停歇。

同其他的进入方法相比，螺旋插补法能够延长刀具寿命、进入时能更好的控制切屑、提高金属除去率和缩短周期时间。而且使用螺旋插补法，在刀具进入工件过程中，制造者通过调整螺旋斜角(刀具每转在Z轴进入工件的深度)就能最大程度的利用现有的马力。

使用螺旋插补法，进入操作的深度独立于DOC，并且还能用在接下来在X和Y轴的平面铣削操作。模具制造者使用螺旋插补法能够先铣削达到空腔的最大深度，然后退回刀具开始平面铣削空腔的剩余部分。要想达到空腔的最大深度，就需要多个x/y 轴的加工道次。

首先用进入操作切削到空腔最大深度，然后进行平面铣削，这使得模具制造者能够在平面铣削阶段最大限度地利用机床马力，因为如果每个平面铣削加工道次都以斜线切入或Z轴垂直切入操作开始，他能够设置机床以比原来能达到的DOC更大的DOC进行平面铣削。例如，在其内部结构碰到工件前，一个带长圆形刀片直径为2英寸的RPF刀具沿Z轴垂直切入的深度只有0.25英寸。

同一个刀具和刀片组合在X和Y 轴方向平面铣削深度能达到0.437英寸。如果已经使用螺旋插补法钻了余隙孔，模具制造者使用中高马力机床就能够使平面铣削达到这个最大DOC。但是如果刀具必须先垂直切入工件，然后在X和Y轴进行平面铣削的话，垂直切入操作会将平面铣削DOC限制在0.25英寸以内。

使用螺旋插补法切入工件，理想状态下，在加工完成后，工件表面中心应该是平整底部，而不会有圆柱或圆锥，这些还需要用一个加工道次除去。这要通过将加工孔直径限制在特定范围内完成。

为了制造一个平整底部，切削孔的最大直径可以通过公式2D-IC计算出来，这里2D等于2倍刀具直径， IC等于刀片的宽度。例如，使用一个直径为3英寸的刀具和宽度为0.625英寸的刀片，能够切削的最大直径为5.375 (2x3英寸)-0.625英寸刀刃宽度。如果有必要，模具制造者能够切削一个更大直径的孔，但是在切削中心会留下一个圆柱，这个圆柱的直径就等于超过计算出的切削孔最大直径的数值部分。

最小直径是用公式2D- 2IC计算出来的。这是一个绝对最小值。如果模具制造者试图螺旋插补一个直径小于此的孔，位于孔中心的仍未切削的工件部分就会撞到刀具。

斜线切入法

如果一个模具空腔太小，无法进行螺旋插补铣削，这时就有必要使用斜线切入或垂直切入法。要将刀具斜线切入工件，随着刀具向深处运动，模具制造者逐渐增加DOC。增加速率是由每个RPF刀具直径能达到的最大角度控制的。斜线切入法比垂直切入法更受欢迎，因为在这个操作中铣削颤振和加工硬化等问题都较少，而且需要的机床马力较小。

但是只有在X或Y轴有足够的空间时，才能用斜线切入法。某些情况下，或许有足够大的空间使用斜线切入法进入工件，但是若斜线切入法，空间还未足够大到使刀具切削到最大铣削深度。如果空腔的长度或宽度不允许斜线切入到最大铣削深度，这也会限制每个加工道次中X和Y轴上平面铣削使用的DOC。这种情况下，要想切削到特定的深度，就需要更多次的切削加工道次。

Z轴垂直切入法

Z轴垂直切入法进入工件是最后的选择，但是当空腔空间太小，不能进行螺旋插补和斜线切入时，就很有必有使用这种方法了。在Z轴垂直切入法中，模具制造者让刀具直接垂直进入工件，并且要达到刀具设计的最大深度，然后沿X和Y轴移动刀具。切削到空腔的最大深度，需要反复垂直切入工件和反复进行x/y轴平面铣削操作。

当使用垂直切入法进入难加工的材料时，每切入0.02英寸都要设定0.5秒的停歇时间来打碎垂直切入形成的连续切屑。这些停歇会增加周期时间。

平面铣削

为了在X和Y轴成功进行平面铣削，无论是采用哪种切入方式，模具制造者必须遵从一些指导方针。如果整个空腔切口宽度一致，刀具就能进行最高效的切削。通过把切入点偏移进空腔就能达到这种效果。切口的最佳宽度是刀具直径的60% 到 80%，切削加工硬化材料或使用低马力机床来进行平面铣削时，切口宽度为刀具直径的60%。为了延长刀具寿命，模具制造者尽量避免在加工硬化材料或磨损性材料上以刀具直径作为切口直径进行切削。

在RPF刀具转向的地方可能会出现颤振问题。为了消除这个问题，模具制造者要设置刀尖圆弧半径大于刀具半径。这会将刀具和工件之间的径向啮合减到最小。这个设置改变还能消除老式CNC机床在转角处出现短暂停歇现象。

机床和夹具

工程师、编程员和使用者在寻找夹具、机床、制冷系统和刀具的最大生产能力组合同时，他们必须记得RPF刀具的操作不同于传统的圆形刀片面铣刀。RPF刀具除去大量的材料，产生更大的切削力。结果，对传统切削刀具来说刚性够大的夹具，同RPF刀具一起使用时，其刚性就不够了。使用传统加工技术生产时，工件夹持工具刚性不够会造成工件变形或颤震。

随着刀具直径变大，对机床马力的要求也会随之增加，并且马力的要求能限制某一特定机床上使用刀具大小。尽管一个空腔可能需要直径为6英寸的刀具加工，但是机床功率达不到高效运用这种刀具的要求。图4提供了一些常见的刀具直径和机床最大马力之间的对应指标。

 

尽可能地使用冷却液冲去工件空腔里的切屑。如果面铣刀没有通轴供应冷却液功能，在圆筒形铣刀的紧固螺钉上沿轴方向钻一个直径为0.125英寸的孔，这样就能用冷却液将切屑从空腔底部向外冲出。这个改进在切削小直径的、较深的孔时尤其有用。

在使用RPF刀具前，使用者首先应查看尺寸合适该机床的圆筒形铣刀接头的库存。要考虑到直径和关键尺寸。模具制造者还需要考虑到空腔的深度。如果太深，圆筒形铣刀接头可能不够长，达不到空腔底部。这样的话，制造者要能够提供合适长度的接头。为了避免刀具变形，不要使用比需要长度过长的接头。

因为RPF刀具较高的金属除去率并及其能减少加工步骤的能力，航空航天业的模具制造者和机械师对使用RPF刀具越来越感兴趣。通过合适改动编程、加工条件和模具夹具，RPF刀具能够满足使用者在模具铣削中高生产力和高成本效益的要求。