数控车铣床的加工技术应用探讨

　　本文探讨了数控车铣床的加工技术应用。

　　车-铣加工曾是一个不明确的术语。有时将配备有旋转刀具功能的车削加工中心称为车-铣机床。而有一种特殊的金属加工操作，真正值得被称为“车-铣加工”，即在工件旋转的同时，使用一把旋转着的铣刀进行切削。

　　有以下几个理由，可以说明车间为什么想要使用这种加工方法。容易控制切屑是其一。能进行间断切削另一个原因。目前至少一家刀具供应商 — 山特维克可乐满(Sandvik Coromant)公司，已经看到车-铣加工被频繁地使用，将会有很好的市场前景，他们专门为这一操作开发出一些特殊刀具。山特维克的产品专家Jim Grimes为本文提供了很多有关车-铣加工技术方面的资料。他说，随着先进的多功能车床被广泛地使用，车-铣加工不再象通常人们想像的那样加工，今天的车-铣机床用户，将会体会到，这一新的加工方法的获得，无一不是克服传统车加工弊端的产物。

　　刀具上安装的wiper刀片紧跟并比进行切削加工的刀片稍微突出。目的是加工出好的零件表面粗糙度。

　　从旋转着的工件中心开始进行偏心车削，以保证切削刃缓慢地切入工件。

　　面临挑战的车-铣加工

　　以下是车-铣加工解决的一些特殊技术难题的挑战：

　　刀具上安装的wiper刀片紧跟并比进行切削加工的刀片稍微突出。目的是加工出好的零件表面粗糙度。

　　从旋转着的工件中心开始进行偏心车削，以保证切削刃缓慢地切入工件。

　　大金属切除率加工： 如果车削零件需要去除大量余量，车-铣加工应是一个最好的选择。

　　间断切削： 车刀通常不能很好地用于间断切削，而使用铣刀则能做得很好。铣削加工经常被定义为一种间断切削。所以凡是遇到进行间断切削的场合，那将应该想到将车削加工改为车-铣加工。

　　优良的断屑加工： 多次加工实践证明，对某些零件材料，采取车-铣加工代替车削加工，可以消除以往的缠绕在刀头的“鸟窝”状切屑的现象。因为切削中复合了具有天然断屑加工优势的铣削加工，将连续切屑折断成容易排除的小碎片。

　　柔性轴加工： 当车削长而细且中间还不能支撑的零件，使用车-铣加工能较好地防止零件在加工中产生挠(弯)曲 。与车削相比，理论上讲，铣削能够在刀具承受很小压力的情况下切削零件。但实际上还需解决大量的技术难题。

　　长时间加工： 在难加工材料切削中，一把车刀的使用寿命很短，而铣刀因为是通过多刃切削而分配切削载荷，所以能使用很长时间。由于铣刀有较长的使用寿命，所以能够省去切削中间多次换刀的麻烦。

　　偏心加工或异形加工： 铣刀的径向(X轴)运动能够与工件的旋转运动相合，加工复杂零件的外形轮廓。Sandvik公司使用这一技术粗加工三叶状圆锥形的“capto”刀具夹头。同样原理，在一次装夹中，零件作旋转运动，铣刀作往复运动，也能在一次装夹中加工偏心的不对称零件。加工汽车发动机的曲轴上的偏心轴也是一个很好的例子。但在加工精度方面还需作大量的研究工作。

　　车-铣加工技术

　　车-铣加工，对机床没有什么特别的要求，但最少得提供一个Y轴运动。

　　工件的转动为铣刀传递需要的进给速度(动力)，提供了C 轴运动。然而，工件需达到的切削速度是以ipm计量而不是车床的以spm计量(这意味着工件在车-铣加工中，比车削时的切削速度低很多)。但是，Y轴运动是需要的，因为这时的铣刀不得不做很多的偏心加工。而且刀具在进行偏心加工时，还不能加工到零件的要求尺寸，因为刀具在中心时，刀具中心与零件的旋转中心正好相交，刀具只能使用其端面进行切削(即不能切削)，而不是用它的切削刃切削。为保证切削刃能适当地进行切削，刀具中心线将必须偏移零件旋转中心线至刀具直径的1/4。

　　在车-铣加工中，有三种刀具能有效地使用，其主要原因是使用wiper刀片或切削刃。对于车-铣加工中的端面铣刀，可进行大型平面或重载间断切削。镶齿立铣刀用于台阶铣削。使用整体式立铣刀加工外圆零件和精铣较深的窄槽等。以上刀具的wiper刀片结构，是通过刀具四个切削刃中的两个通往零件深处进切行削，达到高效高精度加工的。

　　但使用这种方法，在刀具接近一个台阶和一槽两侧面加工时，就将出现问题。这时在偏心刀具加工后，将会在零件表面留下许多个圆角。

　　为了加工掉这些圆角，刀具必须进行第二次加工。这时不再需要刀具偏斜，沿Y轴将刀具移动到零件的中心位置进行加工。而这次所谓的二次加工，没有能够切削到金属材料(有时需要留些余量加工)，除非要求台阶处必须清根，而这在实际使用中是不允许的。

　　在车-铣加工中，一个尽管使人不满意但它确是无法改变的事实，是产生出加工零件的形状误差。铣刀在围绕零件进行圆周铣削时，将在零件表面不可避免地形成一些有规律间隔的扇贝状痕迹。这个误差不能被完全消除，但是它能够使用wiper刀片进行有效地控制。一个wiper刀片是一个紧跟着其它刀片之后，使切削刃在宽度方向上，稍微突出，使刀片切削刃正好延长至加工零件表面中，加工出新的切削表面，将扇形痕迹稍微地修平了一些。

　　Grimes先生说，他的公司为车-铣加工开发的刀具都集中在wiper刀片结构上。这种wiper刀片结构的刀具，已经使扇贝状痕迹得以较好地控制。因为规律揭示，一个特殊的wiper刀片，使用户能在选择合理的车-铣加工参数下，将类似的这种给零件造成的形状误差，控制到一般产品质量可以允许的程度。

　　切削力和变形

　　一个装有wiper刀片的刀具是一个可以将四个切削刃中的两个切削刃达到很深的零件中，使wiper刀片发生很大影响的整体式立铣刀。这一新结构刀具的另一个优点是，这个刀具设计能在一个有利的切削方式下，改变切削力的方向。在车-铣加工中，当为使刀具获得足够切削力需要零件进行高速旋转时，即产生一推向刀具轴方向的切削力。因为现在只有两个切削刃位于刀具底部，这将较好地减小刀具切削力的轴向分力。这时的更大切削力，将作用于刀具的直径方向。

　　事实上，这一改变将使我们看出，车-铣加工与普通铣削加工之间的区别。在普通铣削加工中，沿着刀具轴向的切削力很小。而加工零件也正好装夹在这一方向。但是，在车-铣加工中，零件一般多是长而细，且为两端支撑而中间刚性最差。所以即使在刀具轴方向，作用于很小的切削力，也将会产生振动的趋势。为在这一应用中使刀具轴方向的受力状态更好，就要求设计出与众不同的新型的刀具结构。这也是目前车-铣加工技术发展中，急需解决的技术难题。