任务七铣刀及刀具选择.ppt

1、任务七：铣刀及刀具选择,任务介绍,铣刀的特点和类型,铣刀的几何参数及铣削要素,刀具的选择及磨损,1、铣刀是多齿刀具，结构较复杂2、铣削是断续切削，切削层参数在铣削过程中不断变化3、铣削可以加工平面、沟槽、台阶面、成形表面及切断等铣刀的种类很多，除成形铣刀外，大多数铣刀已经标准化。本任务以圆柱形铣刀和面铣刀为例，介绍铣刀的几何参数和铣削过程的特点，以及铣刀的类型和结构特点。,铣削的特点,铣刀的类型,（1）圆柱形铣刀a用于卧式铣床上加工平面；b通常采用螺旋形刀齿，以提高切削平稳性；c它仅在圆柱表面上有切削刃，两端面没有副切削刃；d主要是用高速钢整体制造，也可以镶焊硬质合金刀片。,一、按用途和结构特

2、点分类,（2）面铣刀也称端铣刀a用于立式铣床上加工平面。b面铣刀的每个刀齿与车刀相似，刀齿采用硬质合金制成；c铣刀主切削刃分布在铣刀一端；d工作时轴线垂直于被加工平面。,3、立铣刀a立铣刀主要用来加工凹槽、台阶面、平面以及利用靠模加工成形表面等。b标准立铣刀按柄部结构有直柄、莫氏锥柄、7：24锥柄等类型。c立铣刀圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃。d不同于孔加工刀具，进给时不宜作轴向进给运动。e立铣刀加工时只能用在立式铣床上,4、槽铣刀、两面刃铣刀、三面刃铣刀槽铣刀仅在圆柱表面上有刀齿，槽铣刀只能用于加工浅槽。两面刃铣刀在圆柱表面和一个端面上做有刀齿，用于加工台阶面。三面刃铣

3、刀三面刃铣刀除圆周有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了切削条件，可用于加工凹槽和阶台面三面刃铣刀可分为直齿三面刃铣刀、错齿三面刃铣刀和镶齿三面刃铣刀错齿三面刃铣刀的刀齿交错地左、右旋。,8、成形铣刀成形铣刀用于加工成形表面，刀齿廓形要根据被加工零件表面廓形设计,5、键槽铣刀A铣键槽的专用刀具，仅有两个刃瓣B其圆周切削刃和端面切削刃都可作为主切削刃C使用时先轴向进给切入工件，后沿键槽方向铣出键槽；D重磨时仅磨端面切削刃,6、锯片铣刀用于切断或切深窄槽,7、角度铣刀单面角度铣刀和双面角度铣刀，用于铣削沟槽和斜面。,各类端铣刀,二、按铣刀齿背形状分类,1.尖齿铣刀尖齿铣刀的齿背多为直线形，用

4、角度铣刀铣削而成，这种铣刀磨钝后沿后刀面重磨。此类铣刀制造、刃磨方便，刀刃较锋利。,2.铲齿铣刀铲齿铣刀的齿背是一条特殊曲线（一般为阿基米德螺旋线），其齿背用铲齿方法加工，刀齿磨损后沿前刀面重磨，重磨后的铣刀齿形保持不变，多用于切削刃形状复杂的成形铣刀，,铣刀的几何参数及铣削要素,（1）螺旋角螺旋角是螺旋形刀刃展开成直线后与铣刀轴线之间的夹角。螺旋角实质上就是圆柱形铣刀的刃倾角。它能增加刀具的实际工作前角，使刀具变得锋利，切削轻快。同时刀齿逐渐切入和切离工件，提高了铣削的平稳性。一般细齿圆柱形铣刀=3035，粗齿圆柱形铣刀=4045。（2）前角对于螺旋圆柱铣刀，为了便于制造和测量，规定法前角为

5、其标注角度。铣刀前角可根据工件材料选择，铣削钢时，取=1020；铣削铸铁时，取=515。（3）后角圆柱形铣刀的后角规定在正交平面内度量。铣削时后刀面磨损较严重，为了减少刀具磨损，应选择较大的后角。通常取=1216，粗铣时取小值，精铣时取大值。,圆柱形铣刀的几何角度,铣刀的几何角度,铣削要素,1、铣削速度铣刀切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。可按下式计算：,2、进给运动参数（1）每齿进给量指铣刀每转过一个刀齿时，铣刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，单位为mmz。（2）进给量指铣刀每转过一转时，铣刀相对于工件在进给运动方向上的位移量，单位为mmr。（3）进给速度指铣刀切削刃选定点相对工件

6、的进给运动的瞬时速度，单位为mmmin。,3、背吃刀量指平行于铣刀轴线的切削层尺寸。4、侧吃刀量指垂直于铣刀轴线的切削层尺寸。,二、切削层参数,切削厚度变量切削宽度变量切削面积,铣削方式,一、逆铣与顺铣,定义：铣刀旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣；相同时称为顺铣,1、逆铣时，切削厚度由零逐渐增大，由于刃口钝圆半径的影响，开始切削时前角为负值，刀齿在工件表面上挤压、滑行，造成工件表面加工硬化严重，并加剧了刀齿的磨损。而顺铣时，切削厚度由最大开始，刀具磨损小，耐用度高。,特点：,2、顺铣时，铣削力在进给方向的分力与工件的进给方向相同，由于工作台丝杠螺母存在间隙，当进给力逐渐增大时，铣削力会拉

7、动工作台而产生窜动，造成进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。逆铣时，由于进给力作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。,3、逆铣时，垂直切削力向上，与工件的夹紧力和工件重力相反，有把工件从工作台上抬起的趋势，加剧了振动，影响工件的夹紧和表面粗糙度。顺铣时，垂直切削力向下，加紧可靠。,二、对称铣削与非对称铣削,2、非对称铣削铣削时铣刀轴线偏在加工表面一边的方式称为非对称削。根据铣刀轴线偏的位置不同，又可分为非对称逆铣和非对称顺铣。对称铣削和非对称铣削a）对称铣削b）非对称逆铣c）非对称顺铣,1、对称铣削铣削时的铣刀轴线处于加工表面中间，这种方式称为对称铣削。对称铣削时平均切削厚度较大，一

8、般用于工件加工面较宽和淬硬钢。,（1）前角的选择,前角主要影响切屑变形和切削力的大小以及刀具耐用度和加工表面质量的高低。前角增大，可以使切削变形和摩擦减小，故切削力小、切削热低，加工表面质量高。但前角过大，刀具强度降低，耐用度下降。前角减小，刀具强度提高，切屑变形增大，易断屑。但前角过小，会使切削力和切削热增加，刀具耐用度也随之降低。,刀具几何参数的选择,前角选择原则工件材料：塑性材料选用较大的前角；脆性材料选用较小的前角；工件的强度、硬度低应选较大的前角，反之取较小前角；加工特硬材料或高强度钢（如淬火钢）应选很小前角甚至负前角。刀具材料：刀具材料的抗弯强度和冲击韧度较高时应选较大前角。如高速

9、钢刀具比硬质合金刀具的前角要大；陶瓷刀具的前角则应更小一些。加工过程：粗加工、断续切削选用较小的前角；精加工选用较大的前角。当工艺系统刚性差和机床功率小时选较大前角，以减小切削力和振动；数控机床和自动线用刀具，为了保证刀具稳定（不崩刃及破损）一般使用的刀具前角比较小或零度前角。,后角的主要功用是减小主后刀面与过渡表面层之间的摩擦，减轻刀具磨损。后角减小，可以使主后刀面与工件表面间的摩擦加剧，刀具磨损加大，工件冷硬程度增加，加工表面质量差；尤其是切削厚度较小时，由于刃口钝圆半径的影响，上述情况更为严重。后角增大，则摩擦减小，也减小了刃口钝圆半径，对切削厚度较小的情况有利，但使刀刃强度和散热情况变

10、差。,（2）后角的选择,工件材料：工件硬度、强度较高时选用较小的后角，以增加切削刃强度；加工脆性材料切削力集中在刀刃附近，为强化切削刃应选用较小的后角；工件塑性、韧性较大时选用较大的后角，减小刀具后刀面的摩擦。加工过程：粗加工、断续切削时，为强化切削刃，应选用较小的后角；精加工、连续切削时，刀具的磨损主要发生在刀具后刀面，应选用较大的后角。当工艺系统刚性差，易出现振动时选较小的后角。在一般条件下，为提高刀具耐用度可加大后角，但为降低重磨费用，对重磨刀具可适当减小后角。,后角选择原则,（3）主偏角的选择,主偏角可影响刀具耐用度、已加工表面粗糙度及切削力的大小。主偏角较小，则刀头强度高，散热条件好

11、，已加工表面残留面积高度小，参加切削的主切削刃长度长，作用在主切削刃上的平均切削负荷小。但背向力大，切削厚度小，断屑效果差。,工件材料：加工很硬的材料如淬硬钢和冷硬铸铁时，为减少单位长度切削刃上的负荷，改善刀刃散热条件，提高刀具耐用度，应取r=1030，工艺系统刚性好的取小值，反之取大值。加工过程：使用硬质合金刀具进行精加工时，应选用大的主偏角。当工艺系统刚性低（如车细长轴、薄壁筒）时，应取较大的主偏角，甚至取r90，以减小背向力Fp，从而降低工艺系统的弹性变形和振动。单件小批生产时，希望用一两把车刀加工出工件上所有表面，则主偏角应选为r=45或90，提高刀具的通用性。,主偏角选择原则,（4）

12、副偏角的选择,副偏角的功能在于减小副切削刃与已加工表面的摩擦。减小副偏角可以提高刀具强度，改善散热条件，可减小残留面积高度，但可能增加副后刀面与已加工表面的摩擦，引起震动。,副偏角主要根据已加工表面的粗糙度要求和刀具强度来选择，其选择原则：在不引起震动的情况下，一般刀具应尽量选用较小的副偏角，如车刀、刨刀均可取r=510。工件材料：加工高强度、高硬度材料时应取较小的副偏角r=46以提高刀尖强度，改善散热条件。加工过程：粗加工时，取副偏角r=1015，精加工刀具的副偏角应更小一些（r=510），以减小残留面积，从而减小了表面粗糙度。当工艺系统刚度较差或从工件中间切入时，可取副偏角r=3045。,

13、副偏角选择原则,（5）刃倾角的选择,刃倾角的作用是主要影响切屑流向和刀尖强度，刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对半精加工、精加工有利；刃倾角为负值，切削开始时刀尖后接触工件，切屑流向已加工表面，容易将已加工表面划伤；在粗加工开始，尤其是在断续切削时，可避免刀尖受冲击，起到保护刀尖的作用。,工件材料：加工高强度钢、淬硬钢时，应取绝对值较大的负刃倾角，以使刀具有足够的强度。加工过程：粗加工时取S=-50，精车时取S=05；断续切削、工件表面不规则，有冲击负荷时取S=-15-5。强力切削时，为提高刀头强度可取S=-30-10。微量切削时，为增

14、加切削刃的锋利程度和切薄能力，可取S=4575。当工艺系统刚性差时，应取S0，以减小背向力，避免切削中的振动。,刃倾角选择原则,刀具几何参数选择示例。,加工细长轴的银白屑车刀为例来进行分析(1)加工对象：中碳钢光杠、丝杠等细长轴零件(d=1030mm)。(2)使用机床：中等功率刚性一般的数控机床。,(3)刀具材料：刀片材料为YTl5，刀杆材料为45钢。(4)刀具几何参数的选择与分析：工件材料的切削加工性较好，切削时主要考虑防止工件弯曲变形，因此要尽量减小径向力，增强工艺系统的刚性，防止产生振动。采用较大的前角=2030，以减小切屑变形，减小切削力，使切削轻快。采用较大的主偏角=90，以减小径向

15、力，避免加工时工件弯曲变形和振动。沿主切削刃磨出=0.150.2mm，=-20-30的倒棱。在切削过程中，,(1)刀具的破损是由于刀具选择、使用不当及操作失误而造成的，俗称打刀。刀具的破损包括脆性破损和塑性破损两种形式：脆性破损是由于切削过程中的冲击振动而造成的刀具崩刃、碎断现象和由于刀具表面受交变力作用引起表面疲劳而造成的刀面裂纹、剥落现象；塑性破损是由于高温切削塑性材料或超负荷切削难切削材料时，因剧烈的摩擦及高温作用使得刀具产生固态相变和塑性变形。,(2)刀具的磨损属于正常失效形式，可以通过重磨修复，主要表现为刀具的前面磨损、后面磨损及边界磨损三种形式。前面磨损和边界磨损常见于塑性材料加工

16、中，前面磨损出现在常说的“月牙洼”，边界磨损主要出现在主切削刃靠近工件外皮处和副切削刃靠近刀尖处。后面磨损常见于脆性材料加工中，因脆性材料加工时，易形成崩碎切屑，切屑与刀具前面摩擦不大，主要是刀具后面与已加工表面的摩擦。,2.刀具磨损过程与磨钝标准,（1）刀具的磨损过程初期磨损阶段（OA）此阶段磨损较快。新磨好的刀具表面存在微观粗糙度，刀刃比较锋利，刀具与工件实际接触面积较小，压应力较大，使后刀面很快出现磨损带。正常磨损阶段（AB）此阶段磨损速度减慢，磨损量随时间的增加均匀增加，切削稳定，是刀具的有效工作阶段。急剧磨损阶段（BC）刀具经过正常磨损阶段后已经变钝，如继续切削，温度将剧增，切削力增

17、大，刀具磨损急剧增加。一般应在此阶段之前及时换刀。,刀具磨损的典型曲线,（2）刀具的磨钝标准刀具磨损到一定程度后，切削力、切削温度显著增加，加工表面变得粗糙，工件尺寸可能会超出公差范围，切屑颜色、形状发生明显变化，甚至产生振动或出现不正常的噪声等。需要根据加工要求规定一个最大的允许磨损值，这就是刀具的磨钝标准。通常以主后刀面中间部分平均磨损量VB作为磨钝标准。,3.刀具耐用度,（1）刀具耐用度的概念所谓刀具耐用度，指的是从刀具刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准为止所经过的总切削时间。用符号T表示，单位为min。耐用度应为切削时间，不包括对刀、测量、快进、回程等非切削时间。,（2）影响刀具耐用度的因素切削用量：在保证一定刀具耐用度的条件下，为了提高生产率，应首先选取大的背吃刀量，然后选择较大的进给量，最后选择合理的切削速度。刀具几何参数：刀具几何参数对刀具耐用