金属基础及原理 4

铣刀是在铣床上对工件进行切削加工时所使用的刀具。铣削时，铣刀做旋转运动（主运动）分离切屑，进给运动则根据需要由工件和刀具来完成。铣刀属于多齿刀具，铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀，其切削部分的几何参数及切削的基本规律与车刀相似。但铣刀又具有其自身的特殊规律，具体有以下几点：第一，铣削过程中，切削厚度和切削宽度随时间而变化，因而引起切削力周期性变化，产生周期性振动，造成铣削过程的不平稳。第二，铣削时每个刀齿是短时间周期性切削的，虽有利于刀齿的散热和冷却，但周期性的热变形会引起刀齿的热疲劳裂纹，造成切削刃剥离或崩刃。第三，铣刀切削刃在切削过程中，由于切削厚度是变化的，当刃口圆弧半径小于切削厚度时，刃口才能切入工件。第四，铣刀每个刀齿的切削是断续的，切屑比较碎小，且刀齿与刀齿之间有足够的容屑空间，故排屑较顺畅。第一节铣刀的种类及用途第二节铣刀的几何参数及铣削要素第三节铣削方式第一节铣刀的种类及用途一、按铣刀的用途分类1．加工平面用铣刀加工平面通常采用的铣刀有圆柱形铣刀、面铣刀和立铣刀。圆柱形铣刀用于在卧式铣床上加工平面，主要由高速钢制造。面铣刀主要用于在立式铣床上加工平面，刀齿大多采用硬质合金制成。立铣刀用于在立式铣床上加工平面或台阶面。2．加工沟槽用铣刀加工沟槽用的铣刀包括键槽铣刀、立铣刀、Ｔ形槽铣刀、燕尾槽铣刀、角度铣、直齿三面刃铣刀、错齿三面刃铣刀、锯片铣刀、波形刃立铣刀等。3．加工圆弧面用铣刀

加工圆弧面用铣刀有圆角铣刀、凸半圆铣刀、凹半圆铣刀、圆角立铣刀等。4．加工曲面用铣刀加工曲面用的球头立铣是数控铣床、加工中心等加工复杂型面零件(如模具零件)时常用的刀具。二、按铣刀刀齿材料分类1．高速钢铣刀高速钢铣刀是目前应用最广泛的铣刀，尤其是形状比较复杂的铣刀通常用高速钢材料制造。高速钢铣刀通常做成整体式的。2．硬质合金铣刀硬质合金铣刀采用硬质合金制作刀齿或刀齿的切削部分，随着可转位硬质合金刀片的推广应用，硬质合金铣刀的使用日益增多。三、按铣刀齿背形状分类

1．尖齿铣刀

尖齿铣刀的齿背呈直线形，易于制造和刃磨，磨损后沿后面进行重磨。大多数铣刀属尖齿铣刀。2．铲齿铣刀铲齿铣刀的齿背是用铲齿方法加工出来的。铲齿铣刀磨钝后是沿着前面进行重磨的，重磨后的铣刀刃形保持原形，因而适用于切削廓形较复杂的工件。铣刀选择实例1．铣削加工如下图所示台阶键（材料为45钢，锻件毛坯，经退火或正火热处理）。序号在卧式铣床上加工在立式铣床上加工铣刀名称铣削工件表面铣刀名称铣削工件表面1圆柱铣刀铣毛坯四面端铣刀铣毛坯四面2三面刃铣刀铣两侧阶台立铣刀铣两侧阶台、倒角3角度铣刀倒角

铣刀种类的选择分析:需要加工的台阶宽度尺寸不大，可以选用三面刃铣刀或立铣刀铣削台阶，因此有两种方案可供加工时选择，即在立式和卧式两种铣床上加工。选刀:需要铣削的表面有毛坯四面、两侧台阶、倒角，选用的铣刀种类见下表。2．铣削加工下图所示零件中的各种槽（材料为45钢，锻件毛坯，经退火或正火热处理）。序号铣T形槽铣V形槽铣燕尾槽铣刀名称加工内容铣刀名称加工内容铣刀名称加工内容1立铣刀铣直槽锯片铣刀铣窄槽立铣刀铣直槽2T形槽铣刀铣T形槽对称双角铣刀或立铣刀铣V形槽燕尾槽铣刀铣燕尾槽第二节铣刀的几何参数及铣削要素一、铣刀的几何参数

铣刀的每个刀齿相当于一把普通车刀，所以车刀几何参数的定义也适用于铣刀，铣刀几何参数如下图所示。1．前角对于螺旋齿圆柱形铣刀，为了便于制造和测量，规定法向前角γn为其标注角度。而γn和γo的换算关系为：tanγn=tanγotanβ式中β—螺旋齿的螺旋角。对于面铣刀，规定正交平面内的前角γo为标注角度。选择铣刀前角的原则：根据工件材料和刀具材料选择。

若工件材料较软时，为了减少切削层的变形，减小切削力与切削热，应选择较大的前角。若工件材料硬而脆，为提高刀具切削部分的强度，应选择较小的前角；硬质合金铣刀的前角要比高速钢铣刀的前角小些。2．后角规定铣刀的后角在正交平面内测量。在铣削过程中，由于切削厚度比车削时小，磨损主要发生在后面上，因此为了减少后面的磨损，应该选择较大的后角αo

。铣刀的后角参考值见下表。3．主偏角和副偏角圆柱形铣刀的主偏角Kr=90°。因圆柱形铣刀无副切削刃，所以无副偏角。硬质合金面铣刀的主偏角Kr和副偏角Kr’的参考值见下表。4．刃倾角圆柱形铣刀的刃倾角λs等于刀齿的螺旋角β。螺旋角β的作用是使铣刀刀齿逐渐切入和切出工件，以提高铣削的平稳性。增大螺旋角β，能增大铣刀的实际工作前角，增加刀具的锋利程度，使切削轻快，易于排出切屑，对切削过程有利。选择硬质合金面铣刀的刃倾角时，主要考虑铣削中的冲击性。为了提高刀尖的强度，应合理选择刃倾角的值，如铣削钢及铸铁时，刃倾角应取负值；只有在加工强度较低的工件材料时，才选用正值刃倾角。

二、铣削要素（1）铣削速度（ν

）

1.铣削用量（2）铣削深度（αp

）铣削深度是指平行于铣刀轴线测得的切削层尺寸，对于圆柱形铣刀，铣削深度即为被铣削表面的宽度。对于面铣刀，铣削深度是已加工表面与待加工表面之间的垂直距离。（3）铣削宽度αe

铣削宽度是指垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。对于圆柱形铣刀，铣削宽度是指切削层的深度；对于面铣刀，铣削宽度为铣削层表面的宽度。（4）进给量

2．铣削层参数（1）切削厚度αc

切削厚度：指相邻两刀齿主切削刃运动轨迹间的距离，在基面中测量。切削厚度αc是影响切削力大小的主要因素。圆柱铣刀铣削时，当θ=0°时，αc=0；当θ=ψ时，αc为最大。铣削时，铣刀相邻两个刀齿在工件上形成的加工表面之间的一层金属称为铣削层。对铣削力影响较大的是切削厚度和切削宽度。

（2）切削宽度αw

螺旋齿铣刀的切削宽度切削宽度：指铣刀主切削刃参加工作的长度。对于直齿圆柱形铣刀，其切削宽度等于铣削深度，即αw=αp

。对于螺旋齿圆柱形铣刀，其切削宽度随着刀齿的位置不同而不同，刀齿刚接触工件时，αw的值很小，随着刀齿的切入逐渐增大，随着刀齿的切出逐渐减小。第三节铣削方式一、逆铣与顺铣1．逆铣铣刀旋转切入工件的方向（切削速度方向）与工件的进给运动方向相反的铣削方式称为逆铣，如下图所示。2．顺铣铣刀旋转切入工件的方向（切削速度方向）与工件的进给运动方向相同的铣削方式称为顺铣，如下图所示。3．逆铣与顺铣的特点（1）逆铣时，每个刀齿的切削厚度从零增至最大，会影响刀具的耐用度。顺铣时，刀齿切入时的切削厚度最大，逐渐减小至零，且切削速度方向与进给运动方向同向。当切削无硬皮的工件时，顺铣时刀具的耐用度比逆铣高。铣削力的分析（2）逆铣时各刀齿产生的水平铣削力FH方向与进给运动方向相反，工作台丝杠螺纹左侧与螺母螺纹右侧始终接触，切削时工作台不会产生窜动，进给平稳，有利于保护机床丝杠螺母副的传动精度。（2）顺铣时作用在工作台（工件）上的水平铣削分力FH方向与进给运动方向相同，由于丝杠和螺母之间存在间隙，又由于FH的大小随着刀具的旋转而变化，丝杠和螺母之间的间隙不断变化，因此易使工作台产生突然窜动，甚至会造成“打刀”，同时会影响工件加工质量。（3）逆铣时产生在工件上的垂直分力Fv是向上的，与工件的夹紧力和工件重力方向相反，有把工件从工作台上抬起的趋势，影响工件的夹紧并容易产生振动，工件表面质量不易保证。顺铣时，作用在工件上的垂直铣削分力Fv向下，工件压向工作台。即切削力Fv与夹紧力和工件重力方向一致，铣削平稳，有利于提高刀具的耐用度和减小工件的表面粗糙度值。第三节铣削方式二、周铣与端铣用铣刀圆周上的刀齿进行铣削的方式称为周铣。用铣刀端面的刀齿进行铣削的方式称为端铣。区分端铣与周铣的主要依据是主切削刃所在的位置，而不是以立式铣床与卧式铣床来区分。三、对称铣削与不对称铣削1．对称铣削

对称铣削时，刀具与工件的位置对称，刀齿切