可转位高效高精度平装螺旋立铣刀国产化设计与制造

刘颖

（哈尔滨第一工具制造有限公司，哈尔滨 150078）

1 引言

随着我国国民经济的迅猛发展，装备制造业以及机床制造业等各种机械加工行业愈加繁荣，相应带动工具市场需求量逐渐增大,国内加工企业采用的刀具大部分是国外进口，刀具价格昂贵，造成企业生产成本偏高，市场竞争力弱。因此，进口刀具国产化是国内工具行业事在必行的选择。平装螺旋立铣刀被广泛应用于机床行业、汽车行业、航空航天及模具制造业等各种装备制造加工领域。高精度的可转位平装螺旋立铣刀市场一直以来被国外工具制造企业所占领，如山特维克、伊斯卡、瓦尔特等世界知名企业,我国的产品只能应用在低精度的场合。目前，我公司引进了德国英格索尔公司的技术及关键设备，具有加工高精度、高效率的可转位平装螺旋立铣刀的能力，生产的产品可以满足进口机床及国产机床的迫切需求，替代国外同类产品的进口。

图1

2 铣刀的结构及特点

可转位高效螺旋立铣刀采用国内外高效加工通用的平装结构，该结构铣刀具有切削轻快、排屑顺畅、切削抗力小、机床功率损耗低、可实现大进给的高效特性，是目前国内外加工立面、台阶面的最理想刀具。其外形图如图1，结构如图2。

图2

3 铣刀的设计、制造方法

为了解决可转位高效平装螺旋立铣刀难设计、难加工的问题，我们采用国外最先进的五轴联动机床德国巨浪卧式加工中心（M800）进行加工，并利用国际上最先进的实体建模软件I-DEAS/UGS 进行实体建模、程序编制、模拟仿真等工作。同时，借鉴我公司生产INGERSOLL MAX-Ⅰ型可转位刀具的丰富经验进而保证刀体的设计、制造精度。与此同时，为了提高刀具寿命、保证刀具加工精度，我们前期采用进口刀片，确保了刀片良好的切削性能和加工精度。在今后的生产中为了降低该类刀具的生产成本我们还会进行该类刀具刀片的国产化，通过国内先进的毛坯制造、刀片磨削、刀片冲压以及高水平的涂层技术生产出更高精度、更长寿命的合金刀片。

4 铣刀的设计难点

设计时根据该可转位平装螺旋刀加工环境，确定可转位平装螺旋刀的螺旋角及轴向前角等切削要素，可转位平装螺旋刀螺旋角及轴向前角等切削要素的选择决定切削效果。由于是加工立面或台阶面，要确定刀片合适的角度，为了便于切削，适当留有径向前角，轴向前角，保证刀片切削流畅。例如：φ63mm的平装螺旋立铣刀径向前角-2°，轴向前角-5°，可根据不同的刀具直径，不同的被加工件、不同的加工环境进行合理选择。

铣刀径向前角使刀片在铣刀的圆周上产生了错位即形成了后角落差，后角落差的大小直接影响铣刀圆周上的后角即铣刀加工时刀体是否干涉；铣刀轴向前角直接影响铣刀切削是否轻快，切削抗力的大小；所以，这两个角度对于该类铣刀的设计至关重要。根据多年设计、生产英格索尔刀具的经验，我们独自研制开发出了相关的计算公式，确保铣刀设计各个角度准确无误。

其中：H-刀片的错位值；R-刀片所在圆的半径。

根据上述公式确定好铣刀的各个角度后，根据铣刀直径大小，不同加工环境、不同机床等相关因素对铣刀进行排齿设计，利用I-DEAS/UGS 等相关软件对铣刀进行模拟仿真，做有限元受力分析，从而确定每个刀片槽的空间位置以及螺旋槽的大小等，确保铣刀每个刀片槽都能够排屑顺畅。

螺旋角和轴向前角、径向前角是铣刀设计的关键，因而设计时必须准确计算，反复校验，认真做实体仿真模拟，确保铣刀设计环节的准确性。

5 工艺流程和技术指标

根据产品性能特点要求，经过分析，可转位平装立铣刀为平装式结构，铣刀有足够大的容屑空间。用I-DEAS/UGS 软件进行实体造型，参照已有的设计经验，形成各种切削角度，判断刀体强度。选定尺寸公差，安装结构由用户提供。

（1）工艺流程：粗车→调质→车全部→铣键槽→钳加工→研中心孔→靠端面、磨7∶24 锥度→平端面车内孔→磨外圆靠端面→磨7∶24 锥度→磨内孔、铣端键槽→氮化→发蓝→研中心孔→精磨尾部外圆。

（2）主要技术性能指标：该可转位平装螺旋刀用于各种材质的立面或台阶面加工，规格多样。性能特点：（1）刀体表面不得有裂纹、碰伤、锈迹等影响使用性能的缺陷；（2）刀刃要锋利、不得有毛刺、崩齿和磨钝烧伤等缺陷；（3）铣刀的径向跳动：0.05mm；（4）柄部径跳不大于0.01mm；（5）柄部表面粗糙度Ra0.4μm；（6）刀体材料42CrMo，热处理硬度为HRC29～34。

该可转位平装螺旋刀，走刀速度快，能大大提高生产效率，精度指标可达到同类进口刀具水平，完全满足用户要求。可根据用户要求设计多种规格铣刀，方便灵活，在价格上具有的绝对优势，使得该铣刀基本可以取代进口刀具。

6 铣刀特点及应用前景

该可转位平装螺旋立铣刀采用可换刀片式平装结构，可根据不同的工作环境及客户要求更换不同的刀片来加以实现，使此刀的应用范围广泛，降低客户加工成本，提高加工效率，缩短辅助时间，节省工具费用。同时此刀可选用不同的刀片来实现重型切削、中型切削及轻型切削，可实现方肩铣、平面铣、槽铣削，因此兼具了以往可转位螺旋立铣刀的众多优点，既具有切削功耗低、切削力小、切削速度高的铣削性能，又能具有大切深、大走刀、抗冲击的铣削性能。所以，该类铣刀的研发设计在粗、半精加工上可完全替代进口产品。