顯而易見，五軸加工在現(xiàn)代金屬切削領(lǐng)域越來越流行。五軸加工優(yōu)勢顯著，例如僅用一次裝夾來加工復(fù)雜形狀的零件，而不改變工件的定位、同時(shí)保證高加工精度及減少加工節(jié)拍。
先進(jìn)的工件制造技術(shù)提高了精密鍛造、鑄造和主流增材制造(AM)的水平。這也導(dǎo)致了工件的幾何形狀更為復(fù)雜，通過切削來減少加工余量和材料，并達(dá)到反映工件最終形狀的結(jié)果，這就要求高性能的切削刀具，以用于復(fù)雜幾何表面的精加工和半精加工。
球頭銑刀被視為用于加工3D表面的傳統(tǒng)刀具。球頭銑刀是銑削作業(yè)中用于表面半精加工和精加工的最常用刀具。五軸加工中心領(lǐng)域的發(fā)展，以及現(xiàn)代CAM系統(tǒng)的重大進(jìn)步，使得不同切削刃型的刀具在市場中涌現(xiàn)，也就是弧形或桶形立銑刀。盡管這些刀具為機(jī)械工人所熟知，但還是經(jīng)常被人忽視。五軸加工結(jié)合CNC軟件和復(fù)雜刀具配置的計(jì)算機(jī)建模，使得圓桶形立銑刀的應(yīng)用重回大眾的視野。
這些立銑刀的切削刃呈圓弧形，代表半徑大于刀具標(biāo)稱半徑的一段圓弧。為了便于比較，在球頭銑刀中，刀具半徑即切削刃的半徑。與球頭銑刀相比，使用“多刀路銑削技術(shù)”的弧形銑刀來加工表面可顯著增加步距，從而縮短切削時(shí)間。在加工復(fù)雜表面時(shí)，三軸CNC機(jī)床無法保證桶形刀具的正確切削位置。而五軸機(jī)床可實(shí)現(xiàn)桶形銑刀的充分利用。
桶形刀具，經(jīng)濟(jì)合理
根據(jù)切削刃相對于刀具軸線的方向，桶形立銑刀具有多種配置，如純桶形、錐桶形、透鏡形以及橢圓形或拋物線形。刀具的刃形決定了刀具的應(yīng)用。例如，透鏡形刀具同時(shí)適用于五軸和三軸機(jī)床，而錐桶形輪廓的立銑刀僅適用于五軸機(jī)床。桶形刀具設(shè)計(jì)應(yīng)用于多刃整體立銑刀中，可提供更高的刀具精度，并將刀具的齒數(shù)最大化。
伊斯卡NEOBARREL刀具系列包括多個(gè)系列。圖1是直徑范圍為8-12 mm的整體硬質(zhì)合金立銑刀(SCEM)。10mm錐桶形硬質(zhì)合金立銑刀具有半徑為85mm的弧形外圓切削刃。與10mm球頭銑刀相比，該立銑刀的步距提高了四倍，并達(dá)到相同的加工表面粗糙度。
圖1：整體硬質(zhì)合金桶形銑刀在曲線形狀的加工中行之有效。
伊斯卡 的MULTI-MASTER系列是可更換硬質(zhì)合金頭產(chǎn)品系列。該系列的全新錐桶形刀頭，與SCEM具有相同切削刃型和直徑范圍，并為MULTI-MASTER系列在五軸機(jī)床上的應(yīng)用提供了多種選擇。MULTI-MASTER系列刀具的可更換頭設(shè)計(jì)確保了硬質(zhì)合金的合理使用，經(jīng)濟(jì)成本優(yōu)勢顯著。多樣化的刀體、延長桿和減徑桿可實(shí)現(xiàn)為復(fù)雜的加工項(xiàng)目定制模塊化刀具組件。
圖2–整硬可換頭桶形刀頭被成功應(yīng)用于高成本效益的MULTI-MASTER設(shè)計(jì)理念中。
單刀片設(shè)計(jì)，符合邏輯
伊斯卡近期推出了全新的桶形立銑刀系列，該系列采用了單刀片刀具設(shè)計(jì)方式。眾所周知，與可更換硬質(zhì)合金刀頭的刀具或整體硬質(zhì)合金立銑刀相比，單刀片刀具的精度較低。但如果我們對單刀片刀具進(jìn)行分析并對精度做出一些妥協(xié)，那么單刀片刀具也可以和可換頭刀具或者整硬刀具進(jìn)行競爭。
圖3–在加工關(guān)鍵零部件的復(fù)雜表面時(shí)，單刀片桶形刀具表現(xiàn)出高性能參數(shù)。
為了消除對單刀片桶形刀具設(shè)計(jì)合理性的質(zhì)疑，我們應(yīng)該考慮幾個(gè)方面。
單刀片刀具通過擴(kuò)大桶形銑刀的直徑范圍來提高成本效益。這些刀具的標(biāo)稱直徑為16-25 mm。與適合硬質(zhì)合金立銑刀和可更換頭的進(jìn)給量相比，耐用的刀片結(jié)構(gòu)和高剛性的刀片夾持使每齒的進(jìn)給量有所增加。這確保了適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，從而高效地進(jìn)行加工。當(dāng)加工穩(wěn)定性較差時(shí)，減少齒數(shù)有助于控制振動。BALLPLUS系列刀具可通過使用桶形刃口刀片將常規(guī)刀具轉(zhuǎn)換為桶形立銑刀。伊斯卡BALLPLUS刀具包括多種刀體、刀桿和延長桿的選擇，大大簡化了刀具定制。如今，單刀片桶形刀具設(shè)計(jì)成為了更加符合邏輯、更加合理的選擇。
在現(xiàn)代制造業(yè)中，桶形銑刀的前景十分廣闊。金屬加工行業(yè)已實(shí)現(xiàn)了桶形設(shè)計(jì)的許多應(yīng)用用途。其中包括整體硬質(zhì)合金桶形立銑刀、整硬可換頭式桶形銑刀和單刀片桶形銑刀，這些產(chǎn)品構(gòu)成了一個(gè)完整的桶形仿形銑刀系列，共同面對未來的挑戰(zhàn)。
圖4–各種不同設(shè)計(jì)理念的桶形銑刀。