插铣的加工方式先是由国外专家提出的，出现的时间也比较短，但是由于其特殊的加工方式和比较显著的加工优势，近几年受到了国内 外许多专家的关注和研究。所谓插铣法就是在加工过程中刀具沿主轴方向做进给运动，利用底部的切削刃进行钻、铣组合切削，是一种能够在Z方向上快速铣削大量金属的加工方式，主要用于半精加工或粗加工，在重复插铣达到预定深度时，刀具不断地缩回和复位以便于下一次插铣 时可迅速地从重叠走刀处去除大量金属，如图1所示。

特点和应用范围

插铣加工的加工方式比较特殊，与其他加工方式相比，它具有以下一些优点 。

（1）加工效率高，能够快速切除大量金属，相对于普通铣削加工而言可以节省一半以上的时间。 

（2）刀具的悬伸长度比较大，特别适用于一些模具型腔的粗加工，并被推荐用于航空零部件的高效加工。 

（3）可以对钛合金等难加工材料进行曲面加工或切槽加工。 

（4）加工时主要的受力方向为轴向，而径向力较小，因此对机床的功率或主轴精度要求不高并且具有更高的加工稳定性，有可能利用老式机床或功率不足的机床获得较高的加工效率。 

（5）可以减小工件变形。

（6）可用于各种加工环境，可以用于单件小批量的一次性原型零件加工，也适合大批量零件制造。 

（7）插铣加工能够以相对较低 的进给速度（一般为50r/min以上）切削大量的加工材料。该加工方法对使用老式机床的加工车间而言，其金属的切削速度可以与采用高速加 工方法的较新机床相媲美，有时甚至超过这些较新的机床。 

插铣的一个特殊用途就是进行涡轮叶片的加工，这种加工通常是在 三轴或四轴的铣床上进行的。插铣涡轮叶片时，可从工件顶部向下一直铣削到工件根部，通过 X Y 平面的简单平移，即可加工出极其复杂的表面几何形状。

国内外的插铣研究现状

插铣作为一种新型的铣削方式，在制造业中得到了较为广泛的应用，同时实践也证明了它的优点，但由于其出现的时间较短，对其切削机理等 方面的研究仍然较少。目前有关插铣的研究主要集中于插铣的工艺优 化和动力学2个方面。 

在插铣的工艺优化方面，北京航空航天大学将插铣应用于对涡轮叶盘的粗加工过程，减小了加工变形，提高了切削效率，并对拐角的插铣 路径进行了优化 。西安科技大学 将插铣应用于大直径、宽深流道二元叶轮的数控加工过程中，用Master CAM软件实现了简单的插铣编程。西北工业大学对TC11钛合金插铣 的铣削工艺参数进行了优化，并研究了工艺参数对铣削力和切削温度的影响 ，并对在四轴机床上插铣开 式整体叶轮的刀具路径做了一定的研究 。北京交通大学针对多曲面 通道的多坐标数控插铣提出了一种非等参数刀具轨迹生成算法，解决了生成无干涉的刀具轨迹问题，可以实 现高效率的粗加工，但对刀具路经的进一步优化没有深入研究。哈尔滨工业大学研究了直纹面叶轮五坐 标插铣加工的关键技术，自主开发了整体叶轮五坐标插铣加工专用计算机辅助制造软件,并对该软件生成 的刀具轨迹进行了仿真和实际加工验证 。

在插铣动力学方面，天津大学对钛合金（Ti6Al4V）插铣过程中的铣 削力进行了深入研究，分析了切削力的特点，构建了切削力分析试验平台，对插铣钛合金过程中的铣削力的变化规律进行了研究，并建立了铣削力模型 ，与此同时，天津大学还对 插铣过程中切削温度场分布进行了深入研究，并建立了温度场有限元分析模型，从而可以较为准确地预测插 铣过程温度场分布。

在国外，Jeong Hoon Ko 提出了一种掏槽插铣铣削力的建模方法， 其基本原理是应用机械论方法得 到与切削厚度有关的铣削力模型参 数，从而建立铣削力模型 [13]。Yusuf Altintas等人研究了插铣过程中的动力和稳定性，分别建立了频域模型和时域模型，并结合所建立的再生切屑厚度的理论模型，实现了铣削力和颤振的预测，并且给出了如何减小铣削 过程中颤振的建议 。

插铣刀具 

随着插铣技术的日益成熟和应 用的日益广泛，山高、伊斯卡、英格索尔等各大刀具生产商也纷纷推出了插铣的专用刀片。 

目前，插铣刀片一般为硬质合金及其涂层刀具，硬质合金涂层刀具基 体有较高的韧性和抗弯强度，涂层材料高温耐磨性好，因此可以采用高进 给速度和高切削速度。但是对于不 同的工件材料，仍然要选用不同型号 和涂层的刀具，以便于提高刀具寿命和加工精度。例如当对钛合金这类 难加工材料进行加工时，一般的刀片可能会产生很严重的粘刀现象。

 对于常用于侧向切削的插铣而言，侧向力的产生会迫使刀具偏移，进而可能会引起颤振现象，造成刀具损坏。刀具和刀片的几何形状在很大程度上决定了切削力的大小，对加工时的刀具路径优化也有一定的影响。目前，出现了一种可用于插铣的新型刀具，该刀具的刀片采用独特的切向夹紧方法，专门应用于长悬臂加工，其弯曲力极小。 

用于插铣的CAD/CAM软件 

由于插铣技术出现的时间较短且发展并不完善，因此目前大多数 CAD/CAM 软件仍然没有包含插铣功能，一些软件中虽然包含了插铣功能，但缺少适合用户的选项，包括适应各种工件几何 形状的能力（2D、3D 等）和适应各类型铣刀的能力（侧面切削、中心切削等），很多时候仅仅作为一种概念出现，功能并不完善。 

在刀具路径优化方面，具有插铣模块的主要有 PowerMILL、Master CAM和Cimatron等软件，但对刀具路径进行优化的效果并不是很好，用户的满意度也较差；在动力学方面，专用于切削的有限元模拟软件ThirdWave可以利用建立三维模型，计算出插铣铣削力和铣削温度场， 但无法计算铣削时刀具的振动，对稳定性问题无能为力。

插铣技术面临的问题 

近年来尽管国内外对插铣研究的不断深入，插铣技术的应用也越来越广泛，但是仍然有许多问题亟待解决。 

（1）稳定性问题。插铣刀具的悬伸长度过长，使得刀杆的刚度很难保证，从而使得受力的时候容易发生 弯曲现象，而在插铣过程中，刀具不仅会受到切削力的影响，所受的扭矩也不能忽略，使得刀具中心在X、Y、 Z 3个方向上均有偏移，从而可能引起插铣过程中的颤振现象 。

 （2）刀具轨迹优化。虽然已经有些CAD/CAM软件中包含插铣模块，但是由于其本身模块的不完善性和加工人员对利用插铣进行加工的 经验仍然较少，如何确定初始加工位 置和选择优化刀具路径的问题仍未能解决，这也在很大程度上局限了 插铣在加工领域的应用。 

（3）有关插铣动力学方面的研究仍然较少，从控制铣削力、铣削温 度等角度来减小刀具磨损，确定较好的工艺加工参数仍然很难实现。

结束语

插铣技术是一项正在发展的新型加工技术，由于插铣具有效率高、能够快速切除大量金属的优点，并且非常适合于加工难加工材料（如钛合金）和一些复杂曲面的零件，因此在许多领域，尤其是在航空航天领域正 在逐步扩大应用。目前国内外各大高校、科研机构以及一些公司开发部门对插铣相关技术的关注不断加深，使得对插铣的研究不断深入，从而对 其切削机理更加了解，适用于插铣的CAD/CAM软件和插铣专用刀具也会不断完善和发展。