第三章 第二节 铣削加工

第三章常用机械加工方法CONTENTS目录1234【车削加工】【铣削加工】【刨削、插削、拉削加工】【钻、铰、镗孔加工】56【磨削加工】【先进加工技术】02【铣削加工】铣削加工一二三铣削加工概述铣刀铣床四铣床附件一、铣削加工概述1、铣削加工的工艺范围铣削加工是以铣刀的旋转运动为主运动，同时与工件或铣刀的进给运动相配合，切去工件上多余材料的一种切削加工方法。铣削加工应用相切法成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上对平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面进行加工的一种切削加工方法，是目前应用最广泛的加工方法之一。铣削加工可以对工件进行粗加工和半精加工，加工精度可达IT7～IT9，精铣表面粗糙度Ra值可达3.2～1.6mm。铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，工件做进给运动。不同坐标方向运动的配合联动和不同形状刀具相配合，可以实现不同类型表面的加工。图3-20所示是铣削加工的主要应用示例。铣削加工2.铣削加工的工艺特点（1）铣刀是多刃刀具，加工时，同一时间切削的刀齿多，既可以进行阶梯铣削，又可以进行高速铣削，故铣削加工的生产效率高。（2）铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀，铣削时，切削过程是连续的，而每个刀齿的切削都是断续的。刀齿切入或切出工件的瞬间，会产生刚性冲击和振动，当振动频率与机床自振频率一致时，振动加剧，会造成刀齿崩刃，甚至损坏机床零部件。（3）铣削时，每个刀齿都是短时间周期性切削，虽然有利于刀齿的散热和冷却，但周期性的热变形会引起切削刃的热疲劳裂纹，造成切削刃剥落和崩碎。（4）铣刀是多刃刀具，相邻两刀齿之间的空间有限。（5）同一个被加工表面可以采用不同的铣削方式、不同的刀具，以适应不同工件材料和其它切削条件。综上所述，铣削加工有较高的生产效率、适应性强、排屑容易，但冲击振动大。铣削加工的应用范围广泛，在平面加工中，是一种生产效率高的加工方法，在成批大量生产中，除加工狭长平面以外，几乎都可以用铣代刨。此外，配上其它附件和专用夹具，在铣床上还可以进行钻孔、铰孔以及铣削球面等。铣削加工

铣削加工主要应用范围见图3-20。铣削加工

3、铣削要素铣削要素包括铣削用量和铣削层参数。（1）铣削用量。铣削用量包括铣削速度vc、进给量f、背吃刀量ap和侧吃刀量ae四个要素，如图3-21所示。

1）铣削速度Vc。铣削速度是指铣刀主运动的线速度，即铣刀最大直径处的圆周瞬时线速度，其值按以下公式计算：

（m/min）

式中：d为铣刀直径，单位是mm；n为铣刀转速，单位是r/min。铣削加工

2）铣削进给量。铣削进给量是指工件在进给运动方向上相对于刀具的移动量。铣刀为多刃刀具，可分为每齿进给量af，每转进给量f和每分钟进给量υf。

①每齿进给量af每转一个刀齿时，进给方向上工件相对于铣刀的移动量。

②每转进给量f铣刀每转一转时，进给方向上工件相对于铣刀的移动量。

③每分钟进给量υf表示每分钟时间内，进给方向上工件相对于铣刀的移动量，单位为mm/min。铣床铭牌上所指出的进给量为每分钟进给量υf。

3）背吃刀量ap

背吃刀量是平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，为切削层的深度，周铣时，为被加工表面的宽度。

4）侧吃刀量ae

侧吃刀量是垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位为mm。端铣时，为被加工表面的宽度，周铣时，为切削层的深度。铣削加工

选择铣削用量的原则：在保证加工质量和工艺系统刚性允许的条件下，首选大的背吃刀量和侧吃刀量，其次是大的进给量，最后是大的铣削速度。

粗加工时，一般选取较大的背吃刀量和侧吃刀量，一次进给尽可能多的切除毛坯余量。在刀具性能允许条件下，应以大的每齿进给量进行切削，提高生产率。

半精加工时，工件的加工余量在0.5～2mm，并且无硬皮，加工时主要降低表面粗糙度值，应选择小的每齿进给量，而取大的切削速度。

精加工时，加工余量很小，着重考虑刀具的磨损对加工精度的影响，宜选择小的每齿进给量和铣刀所允许的最大铣削速度。铣削加工

（2）切削层参数。如图3-22所示为周铣和端铣时切削层形状。

1）切削厚度ac，铣刀上相邻两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。铣削时切削厚度是随时变化的。

2）切削宽度aw，切削宽度为主切削刃参与切削的长度，如图3-21（a）所示，直齿圆柱铣刀的切削宽度等于背吃刀量ap。螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度是变化的，随着刀齿切入，切出工件，切削宽度逐渐增大，再逐渐减小，如图3-22所示

3）切削层横截面积Ac，铣刀同时有几个刀齿参加切削，铣刀的总切削层横截面积，是参加切削刀齿切削层横截面积之和。切削厚度、切削宽度和同时工作的齿数均随时间的变而变化，为了计算简便，常采用平均切削总面积参数，其定义为：

Ac=Q/Vc（Q——单位时间材料的切除率，mm3/min）

铣削加工

4、铣削方式铣削方式是指铣刀相对于工件的运动和位置关系，它对铣刀寿命、工件加工表面质量及铣削生产率有较大影响。根据铣刀的不同类型，可以分为圆周铣削和端面铣削，如图3-21所示。圆周铣削在卧式铣床上进行；端面铣削在立式铣床上进行，也可以在其它类型的铣床上进行。端面铣削和圆周铣削相比，主轴刚性好，切削用量大，生产率较高。副切削刃参与切削，有修光作用，表面粗糙度值小。因此，在平面铣削中，端面铣削基本代替圆周铣削。圆周铣削主要用于加工成形表面和组合表面。铣削加工

（1）圆周铣削圆周铣削，简称周。根据铣铣刀与工件的相对运动方向，分为顺铣和逆铣两种方式，如图3-23所示。

1）顺铣。铣刀切削速度方向与工件的进给方向相同，称顺铣，如图3-23（a）。顺铣时，每个刀齿的切削厚度由最大变为零，避免了逆铣时刀齿的挤压、滑行现象，切削力始终压向工作台，避免了工件的上下振动，可提高工件的表面质量，铣刀寿命比逆铣提高2～3倍。顺铣不适用于加工带硬皮的工件。

2）逆铣。铣刀切削速度方向与工件的进给方向相反，称逆铣，如图3-23（b）。如图3-24所示，铣床工作台的纵向进给运动依靠丝杠和螺母实现，螺母固定，丝杆带动工作台移动。铣削加工

（2）端面铣削

端面铣削，简称端铣，根据铣刀和工件相对位置不同，分为对称端铣和不对称端铣，如图3-25所示。

1）对称端铣。平均铣削厚度大，铣削淬硬钢及机床导轨时，宜采用这种方式。这种方式振动大，机床及工艺刚性要求强。铣削较窄的工作时，不宜采用。

2）不对称端铣，不对称端铣可分为不对称逆铣和不对称顺铣。不对称逆铣时，刀齿从最小的切削厚度切入工件，从大的切削厚度切出，切入振动小，切削平稳，无滑擦现象，适合加工碳钢及高强度低合金钢。不对称顺铣时，刀齿从大的切削厚度切入工件，从小的切削厚度切出，适合加工不锈钢、耐热合金等变形系数大、冷作硬化现象严重的材料。铣削加工

不对称顺铣时，刀齿从大的切削厚度切入工件，从小的切削厚度切出，适合加工不锈钢、耐热合金等变形系数大、冷作硬化现象严重的材料。注意：不对称顺铣时，刀齿切入工件时的振动要比不对称逆铣大，应消除工作台进给丝杠与螺母间的间隙，以免由于水平铣削分力（它与工作台的进给方向相同）过大，引起工作台窜动。铣削加工

二、铣床

1.卧式万能铣床

图3-26所示为X6132型卧式万能升降台铣床，结构比较完善，变速范围大，刚性好，操作方便。图3-26所示为X6132型卧式万能升降台铣床，结构比较完善，变速范围大，刚性好，操作方便。主轴与工作台面平行，呈水平位置。工作台可以上下、左右、前后移动，能在水平面内转动一个角度（±45°），可用于圆柱铣刀、盘铣刀、成形铣刀和组合铣刀等，加工平面、直导线曲面和各种沟槽；改变工作台移动方向，可加工斜槽、螺旋槽，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。铣削加工

二、铣床

1.立式铣床

立式铣床与卧式铣床的主要区别在主轴与工作台面垂直，如图3-27所示。主轴可以通过手动，在一个不大的范围内（一般为60～100mm）作轴向移动，主要用端铣刀或立铣刀进行铣削。有的立式铣床的主轴与床身之间有一回转盘，盘上有刻度，主轴可在垂直平面内左右转动45°，扩大加工范围。如图3-27（b）所示，万能回转头铣床的铣刀轴可向任意方向偏转，工件不同角度位置均需要加工时，可在安装中只改变铣刀倾斜方向就能完成加工。铣削加工

二、铣床

3.龙门铣床

龙门铣床是大型高效通用铣床，如图3-28所示。工件固定在工作台上，随工作台一起作纵向运动。立铣头安装在横梁上，可随横梁沿立柱导轨升降，可沿横梁导轨横向移动；卧铣头安装在立柱上，可沿其升降。每个铣头装有独立电动机、变速机构、主轴和操纵机构。龙门铣床能进行多刀、多工位铣削加工，刚度好，适用于强力切削。主要用于铣削大中型工件的平面、斜面、沟槽等，进行粗铣和、半精铣、精铣，生产效率高。铣削加工

二、铣床

4.数控铣床

数控铣床分为立式数控铣床、卧式数控铣床、龙门数控铣床和数控万能工具铣床。如图3-29所示为XK5032型立式数控铣床外形图。铣削加工

5.数控加工中心（1）立式加工中心，指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心，如图3-30所示。结构形式多为固定立柱式，工作台为长方形，无分度回转功能，适合加工盘类零件。工作台上安装水平轴的数控回转台，可用于加工螺旋线类零件。功能，适合加工盘类零件。工作台上安装水平轴的数控回转台，可用于加工螺旋线类零件。立式加工中心结构简单、占地面积小、价格低。铣削加工

（2）卧式加工中心，指主轴轴线为水平状态设置的加工中心，如图3-31所示。通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。卧式加工中心有3~5个运动坐标，分别是沿X、Y、Z轴方向的3个直线运动坐标和一个回转运动坐标，它使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面加工，适合加工箱体类零件。与立式加工中心相比，卧式加工中心结构复杂，占地面积大，重量大，价格高。铣削加工

（3）复合加工中心，具有立式和卧式加工中心的功能，工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面的加工，也叫五面加工中心。五面加工中心有两种形式：一种是主轴可实现立、卧转换；另一种是主轴不改变方向，工作台带着工件旋转90°完成对工件五个面的加工。铣削加工

三、铣刀

1.圆柱铣刀圆柱铣刀如图3-32所示，螺旋形切削刃分布在圆柱表面，没有副切削刃，主要用于卧式铣床上铣平面。螺旋形的刀齿切削时逐渐切入和脱离工件，切削过程平稳，适宜加工宽度小于铣刀长度的狭长平面。圆柱铣刀用高速钢制成整体，根据加工要求不同有粗齿、细齿之分。粗齿容屑大，用于粗加工；细齿用于精加工。铣刀外径较大时，常制成镶齿的。铣削加工圆柱铣刀用高速钢制成整体，根据加工要求不同有粗齿、细齿之分。粗齿容屑大，用于粗加工；细齿用于精加工。铣刀外径较大时，常制成镶齿的。

2.端铣刀端铣刀如图3-33所示，切削刃位于圆柱的端部，圆柱（或圆锥）面上的刃口为主切削刃，端面刀刃为副切削刃。铣刀的轴线垂直于被加工表面，适用于立式铣床上加工平面，同时参加切削的刀齿多，又有副切削刃的修光作用，已加工表面粗糙度小，适用大切削用量，大平面铣削采用端铣刀铣削，生产率高。小直径端铣刀用高速钢，大直径的在刀体上装焊接式硬质合金刀，或采用机械夹固式可转位硬质合金刀片。铣削加工

三、铣刀

3.立铣刀立铣刀相当于带柄的、在轴端有副切削刃的小直径圆柱铣刀，既可以作圆柱铣刀用，又可利用端部的副切削刃起端铣刀作用。柄部装夹在立铣头主轴中，可以铣狭平面、直角台阶、平底槽等，应用很广。图3-34为各种立铣刀的外形。4.键槽铣刀如图3-35所示，键槽铣刀主要用于铣轴上的键槽。铣削加工

三、铣刀

5.三面刃铣刀三面刃铣刀，在刀体的圆周上及二侧环形端面上均有刀刃，如图3-36所示。三面刃铣刀有直齿（图3-36a）和交错齿（图3-36b）两种，后者能改善两侧的切削性能。直径大的三面刃铣刀常采用镶齿结构（图3-36c）。6.锯片铣刀如图3-37所示，锯片铣刀本身薄，只在圆周上有刀齿，它用于切断工件和铣狭槽。铣削加工

三、铣刀

7.其它铣刀有角度铣刀、成形铣刀、T形槽铣刀、燕尾槽铣刀、仿形铣用指形铣刀等特种铣刀，见图3-38。铣削加工

四、铣床附件

1.机用平口虎钳机用平口虎钳与底座底面的相互位置精度高，底座下面还有两个定位键。安装时，以工作台面上的T形槽定位。机用平口虎钳适用于平面定位和夹紧的中小型零件。常用的机用平口虎钳有普通机用平口虎钳和可倾机用平口虎钳。图3-39（a）所示为普通机用平口虎钳，钳身可以绕底座中心轴回转360°。图3-39（b）所示为可倾机用平口虎钳，钳身除可以绕底座中心轴回转360°以外，还能倾斜一定的角度。机用平口钳的规格是以钳口宽度来确定的，常用的有100mm、125mm、160mm、200mm和250mm等。铣削加工

四、铣床附件

2.回转工作台