特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

插銑加工的加工方式比較特殊，與其他加工方式相比，它具有以下一 些優(yōu)點(diǎn) 。

（1）加工效率高，能夠快速切除 大量金屬，相對(duì)于普通銑削加工而言 可以節(jié)省一半以上的時(shí)間。 

（2）刀具的懸伸長(zhǎng)度比較大，特別適用于一些模具型腔的粗加工， 并 被推薦用于航空零部件的高效加工。 

（3）可以對(duì)鈦合金等難加工材 料進(jìn)行曲面加工或切槽加工。 

（4）加工時(shí)主要的受力方向?yàn)?軸向，而徑向力較小，因此對(duì)機(jī)床的 功率或主軸精度要求不高并且具有 更高的加工穩(wěn)定性，有可能利用老式 機(jī)床或功率不足的機(jī)床獲得較高的 加工效率。 

（5）可以減小工件變形。

（6）可用于各種加工環(huán)境，可以 用于單件小批量的一次性原型零件 加工，也適合大批量零件制造。 

（7）插銑加工能夠以相對(duì)較低 的進(jìn)給速度（一般為50r/min以上） 切削大量的加工材料。該加工方法 對(duì)使用老式機(jī)床的加工車間而言， 其 金屬的切削速度可以與采用高速加 工方法的較新機(jī)床相媲美，有時(shí)甚至 超過(guò)這些較新的機(jī)床。 

插銑的一個(gè)特殊用途就是進(jìn)行 渦輪葉片的加工，這種加工通常是在 三軸或四軸的銑床上進(jìn)行的。插銑 渦輪葉片時(shí)，可從工件頂部向下一直 銑削到工件根部，通過(guò) X Y 平面的 簡(jiǎn)單平移，即可加工出極其復(fù)雜的表 面幾何形狀。圖2為利用插銑加工 開(kāi)盤式葉片。

國(guó)內(nèi)外的插銑研究現(xiàn)狀

插銑作為一種新型的銑削方式， 在制造業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用， 同時(shí)實(shí)踐也證明了它的優(yōu)點(diǎn)，但由于 其出現(xiàn)的時(shí)間較短，對(duì)其切削機(jī)理等 方面的研究仍然較少。目前有關(guān)插 銑的研究主要集中于插銑的工藝優(yōu) 化和動(dòng)力學(xué) 2 個(gè)方面。 

在插銑的工藝優(yōu)化方面，北京航 空航天大學(xué)將插銑應(yīng)用于對(duì)渦輪葉 盤的粗加工過(guò)程，減小了加工變形， 提高了切削效率，并對(duì)拐角的插銑 路徑進(jìn)行了優(yōu)化 。西安科技大學(xué) 將插銑應(yīng)用于大直徑、寬深流道二 元葉輪的數(shù)控加工過(guò)程中，用Master CAM軟件實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的插銑編程。 西北工業(yè)大學(xué)對(duì)TC11鈦合金插銑 的銑削工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并研究 了工藝參數(shù)對(duì)銑削力和切削溫度的 影響 ，并對(duì)在四軸機(jī)床上插銑開(kāi) 式整體葉輪的刀具路徑做了一定的研究 。北京交通大學(xué)針對(duì)多曲面 通道的多坐標(biāo)數(shù)控插銑提出了一種 非等參數(shù)刀具軌跡生成算法，解決了 生成無(wú)干涉的刀具軌跡問(wèn)題，可以實(shí) 現(xiàn)高效率的粗加工，但對(duì)刀具路經(jīng)的 進(jìn)一步優(yōu)化沒(méi)有深入研究。哈爾 濱工業(yè)大學(xué)研究了直紋面葉輪五坐 標(biāo)插銑加工的關(guān)鍵技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)了整體葉輪五坐標(biāo)插銑加工專用計(jì)算 機(jī)輔助制造軟件,并對(duì)該軟件生成 的刀具軌跡進(jìn)行了仿真和實(shí)際加工 驗(yàn)證 。

在插銑動(dòng)力學(xué)方面，天津大學(xué)對(duì) 鈦合金（Ti6Al4V）插銑過(guò)程中的銑 削力進(jìn)行了深入研究，分析了切削力 的特點(diǎn)，構(gòu)建了切削力分析試驗(yàn)平 臺(tái)，對(duì)插銑鈦合金過(guò)程中的銑削力的 變化規(guī)律進(jìn)行了研究，并建立了銑削 力模型 ，與此同時(shí)，天津大學(xué)還對(duì) 插銑過(guò)程中切削溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了 深入研究，并建立了溫度場(chǎng)有限元分 析模型，從而可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)插 銑過(guò)程溫度場(chǎng)分布。

在國(guó)外，Jeong Hoon Ko 提出了 一種掏槽插銑銑削力的建模方法， 其基本原理是應(yīng)用機(jī)械論方法得 到與切削厚度有關(guān)的銑削力模型參 數(shù)，從而建立銑削力模型 [13]。Yusuf Altintas等人研究了插銑過(guò)程中的動(dòng) 力和穩(wěn)定性，分別建立了頻域模型和 時(shí)域模型，并結(jié)合所建立的再生切屑 厚度的理論模型，實(shí)現(xiàn)了銑削力和顫 振的預(yù)測(cè)，并且給出了如何減小銑削 過(guò)程中顫振的建議 。

插銑刀具 

隨著插銑技術(shù)的日益成熟和應(yīng) 用的日益廣泛，山高、伊斯卡、英格索 爾等各大刀具生產(chǎn)商也紛紛推出了 插銑的專用刀片。 

目前，插銑刀片一般為硬質(zhì)合金 及其涂層刀具，硬質(zhì)合金涂層刀具基 體有較高的韌性和抗彎強(qiáng)度，涂層材 料高溫耐磨性好，因此可以采用高進(jìn) 給速度和高切削速度。但是對(duì)于不 同的工件材料，仍然要選用不同型號(hào) 和涂層的刀具，以便于提高刀具壽命 和加工精度。例如當(dāng)對(duì)鈦合金這類 難加工材料進(jìn)行加工時(shí)，一般的刀片 可能會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，如圖 3 所示。

 對(duì)于常用于側(cè)向切削的插銑而言，側(cè)向力的產(chǎn)生會(huì)迫使刀具偏移，進(jìn)而可能會(huì)引起顫振現(xiàn)象，造成刀具 損壞。刀具和刀片的幾何形狀在很 大程度上決定了切削力的大小，對(duì)加 工時(shí)的刀具路徑優(yōu)化也有一定的影 響。目前，出現(xiàn)了一種可用于插銑的 新型刀具，該刀具的刀片采用獨(dú) 特的切向夾緊方法，專門應(yīng)用于長(zhǎng)懸

臂加工，其彎曲力極小， 如圖 4 所示。 該刀具上有4個(gè)切 削刃，在刀具正面的切線 方向上夾緊，形成一個(gè)平 面。這有利于在加工過(guò) 程中形成一個(gè)正向刀面， 以降低切削負(fù)荷，如圖5 所示。

用于插銑的 CAD/CAM 軟件 

由于插銑技術(shù)出現(xiàn) 的時(shí)間較短且發(fā)展并不 完善，因此目前大多數(shù) CAD/CAM 軟件仍然沒(méi)有 包含插銑功能，一些軟件 中雖然包含了插銑功能， 但缺少適合用戶的選項(xiàng)， 包括適應(yīng)各種工件幾何 形狀的能力（2D、3D 等） 和適應(yīng)各類型銑刀的能 力（側(cè)面切削、中心切削 等），很多時(shí)候僅僅作為 一種概念出現(xiàn)，功能并不

完善。 

在刀具路徑優(yōu)化方面，具有插 銑模塊的主要有 PowerMILL、Master CAM和Cimatron等軟件 ，但對(duì) 刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化的效果并不是很 好，用戶的滿意度也較差；在動(dòng)力學(xué) 方面，專用于切削的有限元模擬軟件 ThirdWave可以利用建立三維模型， 計(jì)算出插銑銑削力和銑削溫度場(chǎng)， 但 無(wú)法計(jì)算銑削時(shí)刀具的振動(dòng)，對(duì)穩(wěn)定 性問(wèn)題無(wú)能為力。

插銑技術(shù)面臨的問(wèn)題 

近年來(lái)盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)插銑研究 的不斷深入，插銑技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái) 越廣泛，但是仍然有許多問(wèn)題亟待解 決。 

（1）穩(wěn)定性問(wèn)題。插銑刀具的 懸伸長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，使得刀桿的剛度很難 保證，從而使得受力的時(shí)候容易發(fā)生 彎曲現(xiàn)象，而在插銑過(guò)程中，刀具不 僅會(huì)受到切削力的影響，所受的扭矩 也不能忽略，使得刀具中心在X、Y、 Z 3個(gè)方向上均有偏移，從而可能引起插銑過(guò)程中的顫振現(xiàn)象 。

 （2）刀具軌跡優(yōu)化。雖然已經(jīng) 有些CAD/CAM軟件中包含插銑模 塊，但是由于其本身模塊的不完善性 和加工人員對(duì)利用插銑進(jìn)行加工的 經(jīng)驗(yàn)仍然較少，如何確定初始加工位 置和選擇優(yōu)化刀具路徑的問(wèn)題仍 未能解決，這也在很大程度上局限了 插銑在加工領(lǐng)域的應(yīng)用。 

（3）有關(guān)插銑動(dòng)力學(xué)方面的研 究仍然較少，從控制銑削力、銑削溫 度等角度來(lái)減小刀具磨損，確定較好 的工藝加工參數(shù)仍然很難實(shí)現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

插銑技術(shù)是一項(xiàng)正在發(fā)展的新 型加工技術(shù)，由于插銑具有效率高、 能夠快速切除大量金屬的優(yōu)點(diǎn)，并且 非常適合于加工難加工材料（如鈦合金）和一些復(fù)雜曲面的零件，因此在 許多領(lǐng)域，尤其是在航空航天領(lǐng)域正 在逐步擴(kuò)大應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外各大 高校、科研機(jī)構(gòu)以及一些公司開(kāi)發(fā)部 門對(duì)插銑相關(guān)技術(shù)的關(guān)注不斷加深， 使得對(duì)插銑的研究不斷深入，從而對(duì) 其切削機(jī)理更加了解，適用于插銑的 CAD/CAM 軟件和插銑專用刀具也會(huì) 不斷完善和發(fā)展。

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