螺旋銑削的現(xiàn)狀和研究趨勢

湯愛君　李同　王紅梅　王洪祥

摘 要 螺旋銑削是一種成熟的制孔加工工藝，與傳統(tǒng)鉆削相比，它具有多種優(yōu)勢。在螺旋銑削過程中，刀具在繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時沿螺旋路徑銑削。由于其靈活的運動特性，可以實現(xiàn)低切削力，降低刀具磨損和改進(jìn)的鉆孔質(zhì)量。本文綜合介紹了螺旋銑削過程，描述了當(dāng)前螺旋銑削工藝現(xiàn)狀，指出了該領(lǐng)域的未來趨勢。最初，螺旋銑削的優(yōu)點是針對傳統(tǒng)鉆孔而提出的。之后，總結(jié)了螺旋銑削中的刀具壽命和磨損研究，證明刀具磨損的演變可以在圓周刃和螺旋切削刃中進(jìn)行觀測，在大多數(shù)情況下，圓周切削刃可以確定刀具壽命。這種螺旋銑削的綜述可以作為當(dāng)前實驗和理論研究結(jié)果的總結(jié)，并提供未來的研究方向和趨勢。

關(guān)鍵詞 螺旋銑削 制孔加工 刀具磨損 壽命

0引言

螺旋銑削是一種制孔工藝，銑削刀具在繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時沿螺旋路徑銑削，與傳統(tǒng)鉆削相比，具有多個優(yōu)點。螺旋銑削提供了許多不同的銑刀，可以銑削復(fù)雜的鉆孔幾何形狀，包括生成不同的鉆孔直徑，復(fù)雜的錐形孔，并且可以自動修正鉆孔中心位置。螺旋銑削工藝已應(yīng)用于難切削材料（如碳纖維增強塑料（CFRP），鈦合金，硬質(zhì)合金材料和其他航天材料）中的鉆孔加工，在整個螺旋銑削加工過程中，在鉆孔尺寸，幾何形狀和粗糙度方面都取得了令人滿意的結(jié)果，同時，螺旋銑削被認(rèn)為是可持續(xù)鉆孔工藝。

（1）螺旋銑削的優(yōu)點。螺旋銑削是一種新的鉆孔加工工藝，可用作常規(guī)鉆孔的替代品?？紤]到除了旋轉(zhuǎn)刀具之外的螺旋進(jìn)給，鉆孔中心附近的材料去除是通過切削而不是擠壓實現(xiàn)的，不同于鉆削，其會產(chǎn)生低推力。螺旋銑削的好處之一是切屑容易排出，因為它們通過孔和刀具之間的徑向間隙傳送到切削區(qū)域，而在鉆孔時，它們通過孔隙空間排出。通過編程正確的刀具路徑，在螺旋銑削中也可以方便地進(jìn)行鏜孔和沉孔。在鉆削難以切削的材料時，刀具的失效模式是災(zāi)難性的，在螺旋銑削中，刀具磨損的演變可以被監(jiān)控，并且磨損機制可以被更好地理解。在螺旋銑削中，可以在刀具和工件材料之間的接觸不是恒定的外圍刀刃中監(jiān)測刀具磨損； 在底部切削刃中，切削連續(xù)并產(chǎn)生更嚴(yán)重的磨損，確定刀具壽命標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)整偏心率，可以修正刀具路徑以補償?shù)毒吣p，防止鉆孔直徑偏差。進(jìn)行螺旋銑削研究以獲得切削條件以實現(xiàn)無顫動過程。由于溫度和切削力的減少，螺旋銑削在機械復(fù)合材料中具有巨大的潛力。因此，螺旋銑削在CFRP加工中表現(xiàn)出較低的分層和損傷。

1螺旋銑削切削力切削溫度的影響

對切削力的行為和強度的了解，對于評估切削能力并獲得嚴(yán)格的公差和精度非常重要，有利于刀具磨損水平的降低。正確選擇切削參數(shù)，避免機床振動，提高工件表面質(zhì)量，幾何精度，保證工藝穩(wěn)定性，并分析主軸單元的動態(tài)性能。螺旋銑削過程的未變形切屑幾何形狀可以用來解釋每齒的軸向和切向進(jìn)給對切削力的影響，也可以用半分析方法來模擬切削力。外圍切削刃主要產(chǎn)生徑向切削力，而前切削刃不僅產(chǎn)生徑向切削力，而且產(chǎn)生軸向切削力。徑向切削力可能導(dǎo)致刀具的徑向偏轉(zhuǎn)并引起振動，而軸向切削力可能使工件在軸向方向上變形，從而導(dǎo)致不良的表面加工。

在高速切削過程中往往伴隨著高切削溫度，其會導(dǎo)致嚴(yán)重的刀具磨損，導(dǎo)致加工精度下降。在傳統(tǒng)鉆井中，與切屑形成相關(guān)的大部分機械能轉(zhuǎn)化為熱量。由此產(chǎn)生的溫升可能會導(dǎo)致鉆頭和工件的熱損壞，例如刀具快速磨損和尺寸誤差。隨著鉆頭在鉆孔過程中進(jìn)一步進(jìn)入工件并在一個限定的空間內(nèi)生產(chǎn)切屑，熱量很容易儲存在孔內(nèi)的切削材料中。就CFRP材料而言，鉆孔引起的分層和熱損傷是嚴(yán)重的問題而螺旋銑削加工的應(yīng)用能降低溫度對鉆孔精度的影響。

2結(jié)論

在未來的研究中，將會嘗試找到切削力和溫度最小化，切削力的增加可能會加速磨損，并導(dǎo)致尺寸和幾何偏差。高溫水平可能會縮短工具壽命并削弱通過螺旋銑削獲得的鉆孔表面下的機械性能。因此，通過實驗來建模和優(yōu)化，以實現(xiàn)螺旋銑削的最佳質(zhì)量水平。

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