告别螺旋铣削中的盲目推测
刀具选择、坡走角计算及切削条件的实用指南
您是否曾需要加工钻头直径不合适的小孔或型腔，或者需要更灵活地加工大直径孔？ 在这种情况下，螺旋铣削（铣刀在沿 Z 向进给的同时进行圆弧插补）是一个非常有效的选择。
螺旋铣削适用于在没有预钻孔的情况下开孔，以及加工钻头难以覆盖的大孔。 一个主要优势是一把铣刀通常可以覆盖多种孔径。 这有助于减少刀具库存并简化加工流程。
另一方面，在设定实际条件时，需要进行多项检查：哪个铣刀直径适合目标孔径、螺旋螺距可以设多大、坡走角是否在刀具规格范围内，以及是否需要进给修正。 换句话说，螺旋铣削如果应用得当会非常有用，但在选择刀具和条件时很容易让人感到困惑。
本文按实用顺序介绍了螺旋铣削的基础知识、刀具选择流程、坡走角和螺距计算，以及关键的加工注意事项。 文中还介绍了一个页内计算器和一个独立的刀具选择器，可根据您输入的条件帮助寻找合适的泰珂洛铣刀。
1. 什么是螺旋铣削？
螺旋铣削是一种刀具在沿 Z 向进给的同时进行圆弧插补的加工方法。 刀具不是直接向下垂直切入，而是一边画圆一边逐渐向下移动，形成螺旋状的刀具路径。
该方法用于孔加工、型腔入口加工、锪孔以及无预钻孔的开孔加工。 它使加工比铣刀直径更大的孔变得更容易，并且同一把铣刀通常可用于多种孔径。
然而，在螺旋铣削中，刀具始终以倾斜角度切入工件。 与普通的侧铣或开槽不同，您需要检查坡走角、螺旋螺距、刀具中心路径和进给修正。
螺旋铣削结合了圆弧插补和 Z 轴进给
主要检查项包括刀具是否支持螺旋铣削、坡走角是否合适、螺距是否过大以及进给修正是否处理得当。
2. 螺旋铣削中的三个关键值
设定螺旋铣削条件时，请从以下三个数值开始。
| 项目 | 符号 | 说明 |
|---|---|---|
| 孔径 | Dh | 目标孔径或螺旋孔径 |
| 铣刀直径 | Dc | 所用铣刀的直径 |
| 螺旋螺距 | Ph | 刀具每转一圈的 Z 轴移动量 |
一旦设定了这三个数值，就可以确定刀具中心路径直径和每转一圈的刀具中心行程。
Tool-center path diameter = Dh - Dc
Tool-center travel distance per revolution = (Dh - Dc) x pi
如何考虑坡走角
设定螺旋螺距后，即可计算坡走角。
Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)例如，当孔径为 50 mm，铣刀直径为 10 mm，螺旋螺距为 5 mm 时：
Tool-center path diameter = 50.0 - 10.0 = 40.0 mm
Tool-center travel distance per revolution = 40.0 x pi = 125.7 mm
Ramping angle = atan(5.0 / 125.7) = approx. 2.3 deg如果您想先设定坡走角，请使用以下公式计算螺旋螺距。
Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)计算依据是刀具中心路径直径，而非孔径本身
在螺旋铣削计算中，重要的是使用刀具中心所绘路径的直径，而不是孔径本身。
3. 螺旋铣削的刀具选择要点
在螺旋铣削中，并非任何能放入孔径内的铣刀都自动适用。 您需要确认刀具是否支持螺旋铣削、孔径是否在支持的最小和最大螺旋孔范围内，以及螺距和坡走角是否在刀具规格内。
用于螺旋铣削的铣刀类型
主要候选对象是具有坡走加工能力的方肩铣削铣刀和具有坡走加工能力的大进给铣刀。 对于这两种类型，请确认刀具是否可用于螺旋铣削、最大坡走角是多少，以及目标直径是否落在最小和最大螺旋孔范围内。
粗加工时，大进给铣刀通常是首选
当螺旋铣削用作粗加工工序时，首先考虑大进给铣刀是合理的。 虽然大进给铣刀的最大切深 ap 可能较小，但它们通常可以应用更高的进给率，这有利于提高生产率。
根据加工距离和刀具中心路径直径，方肩铣刀的最大坡走角可能成为限制因素，导致铣刀无法充分利用其可用的 ap。 因此，大进给铣刀即使在 ap 较小时也具有优势，因为它可以使用更高的进给条件。
何时从大进给铣刀开始考虑
- 粗加工： 对于注重生产率的加工，请从大进给铣刀开始。
- 深孔： 大进给铣刀在长悬伸加工期间往往能抵抗振动，并提供良好的排屑效果。
- 缩短加工时间很重要时： 即使 ap 较小，也可以更容易地应用大进给条件。
- 硬质或难切削材料： 较小的主偏角可以使切屑变薄并降低刀具负载。
如何与方肩铣削铣刀进行比较
- 方肩铣削铣刀： 即使 ap 很大，最大坡走角的限制也可能阻碍该能力的充分发挥。
- 大进给铣刀： 即使 ap 较小，大进给条件也能使其在粗加工中占据优势。
方肩铣削铣刀的有效应用场景
在某些情况下，方肩铣削铣刀也具有优势。 当工件刚性较低或加工孔壁的外观很重要时，请考虑使用方肩铣刀。
| 适合方肩铣刀的情况 | 原因 |
|---|---|
| 工件刚性低 | 方肩铣刀有助于减小切削力的径向分量，并抑制推向工件的力。 |
| 需要更好的孔壁外观 | 大进给铣刀可能会在孔壁上留下鱼鳞状表面。 如果孔壁光洁度很重要，方肩铣刀是更好的候选对象。 |
将大进给铣刀作为粗加工基准；对于低刚性工件或更好的孔壁外观，请考虑方肩铣刀
在实际选择中，不仅要检查铣刀类型，还要检查每种刀具的最大坡走角、最小和最大螺旋孔径、ap 以及兼容的刀片。
| 检查项 | 重要性 | 忽略的风险 |
|---|---|---|
| 刀具是否支持螺旋铣削？ | 刀具几何形状、切削刃强度和排屑必须合适。 | 崩刃性、振动、切屑堵塞 |
| 直径是否在最小/最大螺旋孔范围内？ | 确认刀具可以覆盖目标孔径。 | 刀具干涉、负载过大 |
| 螺距是否在 ap 范围内？ | 确认每转一圈的 Z 轴深度在刀具规格范围内。 | 切削刃破损、表面质量差 |
| 坡走角是否在限制范围内？ | 确认斜向切入期间的刀具负载保持在可接受范围内。 | 崩刃性、振动、过载 |
| 能否确保刀具中心路径？ | 确认铣刀直径不会离孔径太近。 | 坡走角往往会变得太大 |
| 加工深度和悬伸是否可接受？ | 避免刀具或刀柄干涉。 | 刀柄干涉、刚性不足 |
| 材质等级和断屑槽是否适合该材料？ | 切削刃必须与工件材料匹配。 | 磨损、崩刃性、积屑瘤 |
| 排屑是否得到保障？ | 切屑在孔内的逃逸空间有限。 | 切屑二次切削、刀具损坏 |
| 条件是否在机床能力范围内？ | 检查主轴转速、进给量和主轴功率。 | 加工不稳定、无法达到设定条件 |
同时检查孔径、铣刀直径、ap 和最大坡走角
对于螺旋铣削刀具选择，请将孔径、铣刀直径、最小和最大螺旋孔径、ap 以及最大坡走角作为一个整体进行检查。
4. 刀具选择程序
本节概述了选择螺旋铣削用铣刀的实际流程。 首先，设定候选铣刀直径并确认刀具是否可以覆盖目标孔径。 然后，根据您决定先确定螺旋螺距还是先确定坡走角，流程会产生分支。
- 设定铣刀直径： 设定铣刀直径或候选刀具直径。
- 从最小/最大螺旋孔范围初步选择刀具： 确认目标直径是否在刀具的适用范围内。
- 计算刀具中心路径直径和行程： 一旦设定了铣刀直径，坡走角和螺距计算的基础就固定了。
- 选择先确定螺距还是坡走角： 两种方法均可行；最后，确认 ap 和最大坡走角。
| 方法 | 先确定的值 | 后计算的值 | 主要检查项 |
|---|---|---|---|
| 方法 1 | 螺旋螺距 | 坡走角 | ap 和最大坡走角 |
| 方法 2 | 坡走角 | 螺旋螺距 | 最大坡走角和 ap |
方法 1。 先确定螺旋螺距
先确定螺旋螺距时，请检查螺距是否超过刀具的 ap。 如果可以接受，则应用该螺距，并根据刀具中心行程和螺距计算坡走角。
Ramping angle = atan(helical pitch / tool-center travel distance per revolution)最后，确认计算出的坡走角在候选刀具的最大坡走角范围内。 如果没有问题，则可以最终确定铣刀直径、刀具项、螺旋螺距和坡走角。
方法 2。 先确定坡走角
先确定坡走角时，请检查该角度是否超过候选刀具的最大坡走角。 如果可以接受，则应用该坡走角，并根据刀具中心行程和坡走角计算螺旋螺距。
Helical pitch = tool-center travel distance per revolution x tan(ramping angle)最后，确认计算出的螺旋螺距在候选刀具的 ap 范围内。 如果没有问题，则可以最终确定铣刀直径、刀具项、坡走角和螺旋螺距。
无论从螺距还是角度开始，最终检查项都是相同的
确认条件在 ap 范围内、最大坡走角范围内，且在刀具的最小/最大螺旋孔范围内。
5. 螺旋铣削期间的注意事项
由于刀具在沿圆弧路径移动的同时以一定角度切入，因此螺旋铣削比普通侧铣需要更多的条件检查。 特别是要始终检查坡走角、螺距、进给修正和排屑情况。
坡走角不要设得太大
随着坡走角的增大，铣刀方肩和刀片上的负载也会增加。 即使角度在最大坡走角限制范围内，也可能根据工件材料、机床刚性和悬伸长度发生振动或崩刃。
保持螺旋螺距在 ap 范围内
螺旋螺距是每转一圈的 Z 轴深度。 如果螺距太大，可能会超过刀具的 ap，导致切屑堵塞或振动。
注意：刀具中心行程和切削刃行程是不同的
在螺旋铣削中，NC 指令是基于刀具中心路径的。 然而，实际切削发生在刀具外周。
在内螺旋铣削中，刀具中心路径直径小于加工孔径。 因此，刀具中心的行程和切削刃的行程是不一样的。
如果将手册中的进给值直接作为刀具中心进给指令，切削刃处的实际进给量可能会比预期的要大。 检查刀具中心指令进给和进给修正，使切削刃处的进给量不会过大。
Tool-center command feed = uncorrected feed x (Dh - Dc) / Dh注意：根据机床、CNC 控制系统或 CAM 系统的不同，圆弧进给修正可能会自动处理。 请确认实际程序所用机床的控制规格。
确保排屑顺畅
在孔内进行螺旋铣削时，切屑的逃逸空间有限。 切屑堵塞会导致崩刃、表面质量差、异常噪音和振动。
计算值仅作为可行性检查的参考
在确认刀具规格、工件材料、机床刚性、工件夹持刚性和冷却条件后，最终确定切削条件。
6. 便捷的螺距和坡走角计算器
如上所述，螺旋铣削需要依次检查孔径、铣刀直径、螺距、坡走角和进给修正。
公式本身并不难，但每次都手动计算非常耗时。 如果漏掉了 ap 或最大坡走角检查，条件可能会超过刀具规格。
因此，使用能自动计算坡走角和螺距的计算器是审查螺旋铣削条件的有效方法。 下面的计算器可以在“螺距转角度”和“角度转螺距”计算模式之间切换。
螺旋铣削计算器
坡走角和螺距计算器
同时检查孔径、铣刀直径、螺距、坡走角和进给修正。
计算结果
正在计算加工深度
- 所需圈数
- --
- 编程圈数
- --
- 深度适配螺距
- --
- 深度适配角度
- --
距离和时间
- 每转 3D 行程
- --
- 约 总行程
- --
- 约 加工时间
- --
判定与注意事项
7. 刀具选择器介绍
在计算完坡走角和螺旋螺距后，接下来的问题是在这些条件下可以使用哪些铣刀。 在螺旋铣削中，必须同时检查孔径、铣刀直径、ap、最大坡走角以及最小/最大螺旋孔范围，这使得基于手册的搜索非常耗时。
为了支持这项检查，我们提供了一个独立的刀具选择器，用于根据您输入的条件寻找候选的泰珂洛铣刀。 通过在刀具选择器中缩小候选铣刀的范围，您可以更顺利地审查螺旋铣削条件。
将计算器和刀具选择器用于不同的角色
使用计算器检查坡走角、螺距、进给修正和加工距离。 使用刀具选择器寻找符合这些条件的泰珂洛铣刀候选对象。
注意：刀具选择器可帮助您检查符合输入条件的泰珂洛铣刀候选对象。
总结
螺旋铣削是一种刀具在沿 Z 向进给的同时进行圆弧插补的加工方法。 它适用于钻头难以加工的大孔以及型腔入口加工，但错误的条件设定会显著增加刀具负载。
- 在螺旋铣削中，检查孔径 Dh、铣刀直径 Dc 和刀具中心路径直径。
- 根据刀具中心行程计算螺旋螺距和坡走角。
- 对于刀具选择，务必检查最小/最大螺旋孔径、ap 和最大坡走角。
- 无论从螺距还是角度开始，都要确认最终条件在刀具规格范围内。
- 由于刀具中心行程和切削刃行程不同，请注意进给修正。
- 如果手动计算很麻烦，请使用计算器检查条件。
- 使用独立的刀具选择器检查候选刀具。
在螺旋铣削中，计算和刀具选择不应分开考虑。 重要的是将孔径、铣刀直径、螺距、坡走角、进给修正和刀具规格作为一个连续的流程进行检查。