可轉位高效高精度平裝螺旋立銑刀國產化設計與制造

劉穎

（哈爾濱第一工具制造有限公司，哈爾濱 150078）

1 引言

隨著我國國民經濟的迅猛發展，裝備制造業以及機床制造業等各種機械加工行業愈加繁榮，相應帶動工具市場需求量逐漸增大,國內加工企業采用的刀具大部分是國外進口，刀具價格昂貴，造成企業生產成本偏高，市場競爭力弱。因此，進口刀具國產化是國內工具行業事在必行的選擇。平裝螺旋立銑刀被廣泛應用于機床行業、汽車行業、航空航天及模具制造業等各種裝備制造加工領域。高精度的可轉位平裝螺旋立銑刀市場一直以來被國外工具制造企業所占領，如山特維克、伊斯卡、瓦爾特等世界知名企業,我國的產品只能應用在低精度的場合。目前，我公司引進了德國英格索爾公司的技術及關鍵設備，具有加工高精度、高效率的可轉位平裝螺旋立銑刀的能力，生產的產品可以滿足進口機床及國產機床的迫切需求，替代國外同類產品的進口。

圖1

2 銑刀的結構及特點

可轉位高效螺旋立銑刀采用國內外高效加工通用的平裝結構，該結構銑刀具有切削輕快、排屑順暢、切削抗力小、機床功率損耗低、可實現大進給的高效特性，是目前國內外加工立面、臺階面的最理想刀具。其外形圖如圖1，結構如圖2。

圖2

3 銑刀的設計、制造方法

為了解決可轉位高效平裝螺旋立銑刀難設計、難加工的問題，我們采用國外最先進的五軸聯動機床德國巨浪臥式加工中心（M800）進行加工，并利用國際上最先進的實體建模軟件I-DEAS/UGS 進行實體建模、程序編制、模擬仿真等工作。同時，借鑒我公司生產INGERSOLL MAX-Ⅰ型可轉位刀具的豐富經驗進而保證刀體的設計、制造精度。與此同時，為了提高刀具壽命、保證刀具加工精度，我們前期采用進口刀片，確保了刀片良好的切削性能和加工精度。在今后的生產中為了降低該類刀具的生產成本我們還會進行該類刀具刀片的國產化，通過國內先進的毛坯制造、刀片磨削、刀片沖壓以及高水平的涂層技術生產出更高精度、更長壽命的合金刀片。

4 銑刀的設計難點

設計時根據該可轉位平裝螺旋刀加工環境，確定可轉位平裝螺旋刀的螺旋角及軸向前角等切削要素，可轉位平裝螺旋刀螺旋角及軸向前角等切削要素的選擇決定切削效果。由于是加工立面或臺階面，要確定刀片合適的角度，為了便于切削，適當留有徑向前角，軸向前角，保證刀片切削流暢。例如：φ63mm的平裝螺旋立銑刀徑向前角-2°，軸向前角-5°，可根據不同的刀具直徑，不同的被加工件、不同的加工環境進行合理選擇。

銑刀徑向前角使刀片在銑刀的圓周上產生了錯位即形成了后角落差，后角落差的大小直接影響銑刀圓周上的后角即銑刀加工時刀體是否干涉；銑刀軸向前角直接影響銑刀切削是否輕快，切削抗力的大小；所以，這兩個角度對于該類銑刀的設計至關重要。根據多年設計、生產英格索爾刀具的經驗，我們獨自研制開發出了相關的計算公式，確保銑刀設計各個角度準確無誤。

其中：H-刀片的錯位值；R-刀片所在圓的半徑。

根據上述公式確定好銑刀的各個角度后，根據銑刀直徑大小，不同加工環境、不同機床等相關因素對銑刀進行排齒設計，利用I-DEAS/UGS 等相關軟件對銑刀進行模擬仿真，做有限元受力分析，從而確定每個刀片槽的空間位置以及螺旋槽的大小等，確保銑刀每個刀片槽都能夠排屑順暢。

螺旋角和軸向前角、徑向前角是銑刀設計的關鍵，因而設計時必須準確計算，反復校驗，認真做實體仿真模擬，確保銑刀設計環節的準確性。

5 工藝流程和技術指標

根據產品性能特點要求，經過分析，可轉位平裝立銑刀為平裝式結構，銑刀有足夠大的容屑空間。用I-DEAS/UGS 軟件進行實體造型，參照已有的設計經驗，形成各種切削角度，判斷刀體強度。選定尺寸公差，安裝結構由用戶提供。

（1）工藝流程：粗車→調質→車全部→銑鍵槽→鉗加工→研中心孔→靠端面、磨7∶24 錐度→平端面車內孔→磨外圓靠端面→磨7∶24 錐度→磨內孔、銑端鍵槽→氮化→發藍→研中心孔→精磨尾部外圓。

（2）主要技術性能指標：該可轉位平裝螺旋刀用于各種材質的立面或臺階面加工，規格多樣。性能特點：（1）刀體表面不得有裂紋、碰傷、銹跡等影響使用性能的缺陷；（2）刀刃要鋒利、不得有毛刺、崩齒和磨鈍燒傷等缺陷；（3）銑刀的徑向跳動：0.05mm；（4）柄部徑跳不大于0.01mm；（5）柄部表面粗糙度Ra0.4μm；（6）刀體材料42CrMo，熱處理硬度為HRC29～34。

該可轉位平裝螺旋刀，走刀速度快，能大大提高生產效率，精度指標可達到同類進口刀具水平，完全滿足用戶要求。可根據用戶要求設計多種規格銑刀，方便靈活，在價格上具有的絕對優勢，使得該銑刀基本可以取代進口刀具。

6 銑刀特點及應用前景

該可轉位平裝螺旋立銑刀采用可換刀片式平裝結構，可根據不同的工作環境及客戶要求更換不同的刀片來加以實現，使此刀的應用范圍廣泛，降低客戶加工成本，提高加工效率，縮短輔助時間，節省工具費用。同時此刀可選用不同的刀片來實現重型切削、中型切削及輕型切削，可實現方肩銑、平面銑、槽銑削，因此兼具了以往可轉位螺旋立銑刀的眾多優點，既具有切削功耗低、切削力小、切削速度高的銑削性能，又能具有大切深、大走刀、抗沖擊的銑削性能。所以，該類銑刀的研發設計在粗、半精加工上可完全替代進口產品。