螺旋铣削的现状和研究趋势

汤爱君　李同　王红梅　王洪祥

摘 要 螺旋铣削是一种成熟的制孔加工工艺，与传统钻削相比，它具有多种优势。在螺旋铣削过程中，刀具在绕其自身轴线旋转的同时沿螺旋路径铣削。由于其灵活的运动特性，可以实现低切削力，降低刀具磨损和改进的钻孔质量。本文综合介绍了螺旋铣削过程，描述了当前螺旋铣削工艺现状，指出了该领域的未来趋势。最初，螺旋铣削的优点是针对传统钻孔而提出的。之后，总结了螺旋铣削中的刀具寿命和磨损研究，证明刀具磨损的演变可以在圆周刃和螺旋切削刃中进行观测，在大多数情况下，圆周切削刃可以确定刀具寿命。这种螺旋铣削的综述可以作为当前实验和理论研究结果的总结，并提供未来的研究方向和趋势。

关键词 螺旋铣削 制孔加工 刀具磨损 寿命

0引言

螺旋铣削是一种制孔工艺，铣削刀具在绕其自身轴线旋转的同时沿螺旋路径铣削，与传统钻削相比，具有多个优点。螺旋铣削提供了许多不同的铣刀，可以铣削复杂的钻孔几何形状，包括生成不同的钻孔直径，复杂的锥形孔，并且可以自动修正钻孔中心位置。螺旋铣削工艺已应用于难切削材料（如碳纤维增强塑料（CFRP），钛合金，硬质合金材料和其他航天材料）中的钻孔加工，在整个螺旋铣削加工过程中，在钻孔尺寸，几何形状和粗糙度方面都取得了令人满意的结果，同时，螺旋铣削被认为是可持续钻孔工艺。

（1）螺旋铣削的优点。螺旋铣削是一种新的钻孔加工工艺，可用作常规钻孔的替代品。考虑到除了旋转刀具之外的螺旋进给，钻孔中心附近的材料去除是通过切削而不是挤压实现的，不同于钻削，其会产生低推力。螺旋铣削的好处之一是切屑容易排出，因为它们通过孔和刀具之间的径向间隙传送到切削区域，而在钻孔时，它们通过孔隙空间排出。通过编程正确的刀具路径，在螺旋铣削中也可以方便地进行镗孔和沉孔。在钻削难以切削的材料时，刀具的失效模式是灾难性的，在螺旋铣削中，刀具磨损的演变可以被监控，并且磨损机制可以被更好地理解。在螺旋铣削中，可以在刀具和工件材料之间的接触不是恒定的外围刀刃中监测刀具磨损； 在底部切削刃中，切削连续并产生更严重的磨损，确定刀具寿命标准。通过调整偏心率，可以修正刀具路径以补偿刀具磨损，防止钻孔直径偏差。进行螺旋铣削研究以获得切削条件以实现无颤动过程。由于温度和切削力的减少，螺旋铣削在机械复合材料中具有巨大的潜力。因此，螺旋铣削在CFRP加工中表现出较低的分层和损伤。

1螺旋铣削切削力切削温度的影响

对切削力的行为和强度的了解，对于评估切削能力并获得严格的公差和精度非常重要，有利于刀具磨损水平的降低。正确选择切削参数，避免机床振动，提高工件表面质量，几何精度，保证工艺稳定性，并分析主轴单元的动态性能。螺旋铣削过程的未变形切屑几何形状可以用来解释每齿的轴向和切向进给对切削力的影响，也可以用半分析方法来模拟切削力。外围切削刃主要产生径向切削力，而前切削刃不仅产生径向切削力，而且产生轴向切削力。径向切削力可能导致刀具的径向偏转并引起振动，而轴向切削力可能使工件在轴向方向上变形，从而导致不良的表面加工。

在高速切削過程中往往伴随着高切削温度，其会导致严重的刀具磨损，导致加工精度下降。在传统钻井中，与切屑形成相关的大部分机械能转化为热量。由此产生的温升可能会导致钻头和工件的热损坏，例如刀具快速磨损和尺寸误差。随着钻头在钻孔过程中进一步进入工件并在一个限定的空间内生产切屑，热量很容易储存在孔内的切削材料中。就CFRP材料而言，钻孔引起的分层和热损伤是严重的问题而螺旋铣削加工的应用能降低温度对钻孔精度的影响。

2结论

在未来的研究中，将会尝试找到切削力和温度最小化，切削力的增加可能会加速磨损，并导致尺寸和几何偏差。高温水平可能会缩短工具寿命并削弱通过螺旋铣削获得的钻孔表面下的机械性能。因此，通过实验来建模和优化，以实现螺旋铣削的最佳质量水平。

参考文献

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