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铣刀知识

一节 铣刀概述

铣刀是用于铣削加工、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于铣削上平面、台阶、沟槽、成形表面加工和切断工件等工艺。铣刀产品的几种常见形式如图4-1所示。

一、铣刀的分类

（一）按功能分类

1.圆柱形铣刀 用于卧式铣床上加工平面，刀齿分布在铣刀的圆周上。按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分为疏齿和密齿两种。螺旋齿与疏齿铣刀的齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；而密齿铣刀适用于精加工。

2.面铣刀 用于立式铣床、卧式铣床或龙门铣床上加工平面。端面和圆周上均有刀齿。面铣刀也有粗齿和细齿之分，其结构有整体式、镶齿式和可转位式三种。

3.立铣刀 用于加工沟槽和台阶面，刀齿在圆周和端面上，一般工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心端齿时，可轴向进给。

4.三面刃铣刀 用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均有刀齿。

5.角度铣刀 用于铣削成一定角度的沟槽，有单角铣刀和双角铣刀两种。

6.锯片铣刀 用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣削时的摩擦，刀齿两侧有15′~1°的副偏角。

7.模具铣刀 模具铣刀用于加工模具型腔或凸模成形表面。模具铣刀是由立铣刀演变而成的，按工作部分外形可分为圆锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。硬质合金模具铣刀用途非常广泛，除可铣削各种模具型腔外，还可代替手用锉刀和砂轮磨头清理铸、锻、焊工件的飞边，以及对某些成形表面进行光整加工等。该铣刀可装在风动或电动工具上使用，生产率和寿命比砂轮和锉刀提高数十倍。

8.齿轮铣刀 按仿形法或无瞬心包络法工作的切齿刀具，根据形状的不同分为盘形齿轮铣刀和指形齿轮铣刀两钟。

9.螺纹铣刀 通过三轴或三轴以上联动加工中心实现铣削螺纹的刀具。

此外，还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等。

（二）按产品结构分类

1.整体式 刀体和刀齿制成一体。

2.整体焊齿式 刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成，并钎焊在刀体上。

3.镶齿式 刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头，也可以是焊接刀具材料的刀头。刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式铣刀；刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式铣刀。

二、铣刀的几何角度

铣刀的种类、形状虽多，但都可以归纳为圆柱铣刀和面铣刀两种基本形式，每个刀齿可以看作是一把简单的车刀，所不同的是铣刀回转、刀齿较多。因此只通过对一个刀齿的分析，就可以了解整个铣刀的几何角度。以面铣刀为例来分析铣刀的几何角度。面铣刀的标注角度如图4-2所示。面铣刀的一个刀齿，相当于一把小车刀，其几何角度基本与外圆车刀相类似，所不同的是铣刀每齿基面只有一个，即以刀尖和铣刀轴线共同确定的平面为基面。因此面铣刀每个刀齿都有前角、后角、主偏角和刃倾角四个基本角度。

（1）前角γ ο：前面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。

（2）后角α o：后面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。

（3）主偏角κ r：主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。

（4）刃倾角λ s：主切削刃与基面之间的夹角。

面铣刀在主剖面系中的有关角度如见图4-2所示，在设计、制造、刃磨时，还需要进给、背吃刀量剖面系中的有关角度，还有径向前角γ f和轴向前角γ p。

铣削加工基础知识

铣削加工基础知识

铣削用量

铣削时的铣削用量由切削速度、进给量、背吃刀量(铣削深度)和侧吃刀量(铣削宽度)四要素组成。其铣削用量如下图所示。

铣削运运及铣削用量

切削速度Vc即铣刀大直径处的线速度，可由下式计算：

式中Vc为切削速度(m/min)，d为铣刀直径（mm），n为铣刀每分钟转数（r/min）。

进给量?，铣削时，工件在进给运动方向上相对刀具的移动量即为铣削时的进给量。由于铣刀为多刃刀具，计算时按单位时间不同，有以下三种度量方法。

（1）每齿进给量?Z(mm/z)指铣刀每转过一个刀齿时，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转过一个刀齿，工件沿进给方向移动的距离），其单位为每齿mm/z。

（2）每转进给量?，指铣刀每一转，工件对铣刀的进给量（即铣刀每转，工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/r。

（3）每分钟进给量Vf，又称进给速度，指工件对铣刀每分钟进给量（即每分钟工件沿进给方向移动的距离），其单位为mm/min。上述三者的关系为，

式中z为铣刀齿数，n为铣刀每分钟转速（r/min），

背吃刀量(又称铣削深度ap)，铣削深度为平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸（切削层是指工件上正被刀刃切削着的那层金属），单位为mm。因周铣与端铣时相对于工件的方位不同，故铣削深度的标示也有所不同。

侧吃刀量(又称铣削宽度ae)，铣削宽度是垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸，单位为mm。

铣削用量选择的原则：通常粗加工为了保证必要的刀具耐用度，应优先采用较大的侧吃刀量或背吃刀量，其次是加大进给量，后才是根据刀具耐用度的要求选择适宜的切削速度，这样选择是因为切削速度对刀具耐用度影响大，进给量次之，侧吃刀量或背吃刀量影响小；精加工时为减小工艺系统的弹性变形，必须采用较小的进给量，同时为了***积屑瘤的产生。对于硬质合金铣刀应采用较高的切削速度，对高速钢铣刀应采用较低的切削速度，如铣削过程中不产生积屑瘤时，也应采用较大的切削速度。

铣削的应用

在卧式铣床上镗孔（卧式铣床上镗孔、卧式铣床上镗孔用吊架、卧式铣床上镗孔用支承套）

铣床的加工范围很广，可以加工平面、斜面、垂直面、各种沟槽和成形面（如齿形）。还可以进行分度工作。有时孔的钻、镗加工，也可在铣床上进行，如下图所示。

铣削加工的应用范围（a.圆柱铣刀铣平面 b.套式铣刀铣台阶面 c.三面刃铣刀铣直角槽 d.端铣刀铣平面e.立铣刀铣凹平面 f.锯片铣刀切断 g.凸半圆铣刀铣凹圆弧面 h.凹半圆铣刀铣凸圆弧面 i.齿轮铣刀铣齿轮 j.角度铣刀铣V形槽 k.燕尾槽铣刀铣燕尾槽 l.T形槽铣刀铣T形槽 m.键槽铣刀铣键槽 n.半圆键槽铣刀铣半圆键槽 o.角度铣刀铣螺旋槽）

铣床的加工精度一般为IT9～IT8；表面粗糙度一般为Ra6.3～1.6μm。

铣削方式

1.周铣和端铣

用刀齿分布在圆周表面的铣刀而进行铣削的方式叫做周铣；用刀齿分布在圆柱端面上的铣刀而进行铣削的方式叫做端铣。

与周铣相比，端铣铣平面时较为有利，因为：

（1）端铣刀的副切削刃对已加工表面有修光作用，能使粗糙度降低。周铣的工件表面则有波纹状残留面积。

（2）同时参加切削的端铣刀齿数较多，切削力的变化程度较小，因此工作时振动较周铣为小。

（3）端铣刀的主切削刃刚接触工件时，切屑厚度不等于零，使刀刃不易磨损。

（4）端铣刀的刀杆伸出较短，刚性好，刀杆不易变形，可用较大的切削用量。由此可见，端铣法的加工质量较好，生产率较高。所以铣削平面大多采用端铣。但是，周铣对加工各种形面的适应性较广，而有些形面（如成形面等）则不能用端铣。

2.逆铣和顺铣

周铣有逆铣法和顺铣法之分。逆铣时，铣刀的旋转方向与工件的进给方向相反；顺铣时，则铣刀的旋转方向与工件的进给方向相同。逆铣时，切屑的厚度从零开始渐增。实际上，铣刀的刀刃开始接触工件后，将在表面滑行一段距离才真正切入金属。这就使得刀刃容易磨损，并增加加工表面的粗糙度。逆铣时，铣刀对工件有上抬的切削分力，影响工件安装在工作台上的稳固性。

顺铣则没有上述缺点。但是，顺铣时工件的进给会受工作台传动丝杠与螺母之间间隙的影响。因为铣削的水平分力与工件的进给方向相同，铣削力忽大忽小，就会使工作台窜动和进给量不均匀，甚至引起打刀或损坏机床。因此，必须在纵向进给丝杠处有消除间隙的装置才能采用顺铣。但一般铣床上是没有消除丝杠螺母间隙的装置，只能采用逆铣法。另外，对铸锻件表面的粗加工，顺铣因刀齿首先接触黑皮，将加剧刀具的磨损，此时，也是以逆铣为妥。

超清数控加工过程，大切削刀具磨损

切削加工中,刀具磨损主要是由机械作用和热化学作用形成的，具体原因如下：

(1)磨料磨损。在切削时，工件材猜中硬质点或粘结在工件及切屑上的积屑瘤碎片等会在刀具外表上刻出沟痕，使刀具磨损。这主要是由机械抵触作用形成的，也称为机械磨损。

(2)粘结磨损。切削塑性材料时，刀具与工件及切屑之间存在较大的压力，在恰当的温度下，刀具与切屑、刀具与工件接触面间发生粘结。因切削运动，粘结点决裂后，刀具外表的微粒被带走，形成刀具磨损。

(3)氧化磨损。在较高温条件下(700~800℃)，刀具外表材料会与空气中的氧发生氧化作用，生成一层强度较低的氧化膜，氧化膜很简单被工件或切屑擦掉，形成刀具磨损。

(4)涣散磨损。在高温条件下(850~1000℃)，刀具材猜中的Ti、W、Co等元素会逐步涣散到工件或切屑中，工件材猜中的Fe元素也会涣散到刀具表层。这样，改动了刀具材料的化学成分，使其硬度、耐磨性下降，然后加剧了刀具的磨损。

(5)相变磨损。刀具材料因切削温度升高而到达相变温度时，金相***会发生改动，使刀具硬度下降，然后形成磨损。

总之，刀具磨损的原因是多方面的。在不同的刀具材料、工件材料及切削条件下，刀具磨损的原因是不同的，可能是其间的某一种，也可能是其间几种归纳作用的成果。一般情况下，低速切削时．刀具磨损的原因主要是磨料磨损和粘结磨损；在高速切削时，硬质合金刀具会跟着切削温度的升高发生氧化磨损和涣散磨损，而高速刚刀具会发生相变磨损。

键槽铣刀向心角对加工质量的影响

航天壁板产品是选用数控铣削的方法，在铝板上加工各种规格关闭平底下陷而成。因为下陷多为关闭结构，且尺度较小，加工中选用端面切削刃过刀具中心的两刃键槽铣刀，以方便沿刀具轴向进给直接下刀进行加工。可是键槽铣刀端面切削刃一般具有向心角，在铣削关闭下陷时会形成加工底面残留，影响产品质量。

本文经过切削实验和理论剖析，研究键槽铣刀向心角对加工底面的影响、键槽铣刀向心角受关闭下陷尺度的影响，终究制定了键槽铣刀加工关闭下陷的选刀准则，有效处理了航天壁板关闭下陷加工底面残留问题，提高了产品质量。

1.键槽铣刀根本结构

键槽铣刀是一种铣削刀具，主要用于加工键槽和关闭下陷。为了克服径向切削力的影响，键槽铣刀规划为两个相互对称刀刃。铣削时两个刀刃上的切削力矩构成力偶，径向力相互抵消。键槽铣刀柱面和端面上都有切削刃，端面切削刃过刀具中心，因而能沿刀具轴向进给铣削，具有插钻功能，可以直接加工关闭下陷。而立铣刀一般具有3个以上刀刃，端面中心一般带中心孔，因而不能沿刀具轴向进行铣削，不能直接加工关闭下陷，主要用于半关闭或开放式的加工。键槽铣刀实际上属于一种特殊的立铣刀。

键槽铣刀做径向进给铣削时，柱面切削刃为主切削刃，端面切削刃为副切削刃；做轴向进给铣削时，端面切削刃为主切削刃，柱面切削刃为副切削刃。为了下降轴向进给时切削抗力、减小径向进给时切削刃与已加工外表的冲突，键槽铣刀一般规划有1.5°～3°的端面切削刃向心角。图1所示为SANDVIKCoromant键槽铣刀的向心角。键槽铣刀的向心角在进行半关闭或开放式加工时不会对加工底面形成影响，可是在进行关闭加工时因为沿刀具轴向进给铣削会对加工底面形成影响。

2.向心角对加工底面影响剖析

（1）向心角对加工底面影响。经过选用φ20mm向心角键槽铣刀和φ20mm平底键槽铣刀别离铣削关闭平底下陷，经过实验比照来验证端面切削刃向心角对加工底面的影响。所用键槽铣刀如图2所示。在帕莱克对刀仪上对向心角键槽铣刀的端面切削刃向心角进行丈量，端面切削刃均匀向心角为5°。

选用φ20mm向心角键槽铣刀和φ20mm平底键槽铣刀别离铣削边长L1=25mm、L2=25mm、深h=3mm的关闭平底下陷，实验成果如图3所示。图3左边为向心角键槽铣刀铣削后的成果，可见加工底面中心方位存在显着的锥塔状残留。图3右侧为平底键槽铣刀铣削后的成果，可见加工底面光整无残留。

经过实验成果可见向心角键槽铣刀铣削关闭下陷时会在加工底面构成显着的切削残留，且无法经过优化走刀轨道来消除残留；而平底键槽铣刀铣削关闭下陷时加工底面光整无残留。

（2）下陷尺度对加工底面影响。选用图2中的5°向心角的φ20mm键槽铣刀别离铣削不同尺度的平底关闭下陷，经过剖析实验成果来取得底面残留与下陷尺度的关系。

选用5°向心角的φ20mm键槽铣刀别离铣削两个平底关闭下陷：边长L1=30mm、L2=30mm、深h=3mm；边长L1=30mm、L2=25mm、深h=3mm。实验成果如图4所示。图4左边为L1=30mm、L2=30mm关闭下陷的铣削成果，可见加工底面中心方位存在显着的锥塔状残留。图4右侧为L1=30mm、L2=25mm关闭下陷的铣削成果，可见加工底面中心方位相同存在显着的锥塔状残留。综上可见在L1=30mm（L1≥L2）的情况下，选用5°向心角的Φ20mm键槽铣刀铣削后底面存在残留现象，且无法经过优化走刀轨道来消除残留。

选用5°向心角的Φ20键槽铣刀别离铣削两个平底关闭下陷：边长L1=40mm、L2=40mm、深h=3mm；边长L1=40mm、L2=25mm、深h=3mm。实验成果如图5所示。图5左边为L1=40mm、L2=40mm关闭下陷的铣削成果，可见加工底面光整无残留。图5右侧为L1=40mm、L2=25mm关闭下陷的铣削成果，可见加工底面相同光整无残留。综上可见在L1=40mm（L1≥L2）的情况下，选用5°向心角的Φ20mm键槽铣刀铣削后底面不存在残留现象。

3.实验总结

键槽铣刀端面切削刃向心角使铣刀端面呈向心凹型，刀具中心是凹型的蕞低点。在铣削关闭下陷时，铣刀需***行轴向进给，再进行径向进给。因为铣刀端面呈凹型，轴向进给时会在铣刀中心方位的加工底面构成残留。径向进给时，跟着铣刀的移动，端面切削刃及刀尖会逐步切削铣刀中心方位的底面残留。可是当关闭下陷尺度较小时，铣刀径向进给受下陷尺度限制，在有限的走刀轨道中，铣刀端面凹型区域会存在必定堆叠，而且切削刃刀尖无法切削到堆叠区域，终究在加工底面构成残留，如图6所示。

当L1≥2D时（其中L1为关闭下陷长边，L2为关闭下陷短边，L1≥L2，D为键槽铣刀直径），刀具径向进给时，经过优化走刀轨道，可以使端面切削刃及刀尖充沛切削刀具中心方位的底面残留，从而消除加工底面残留。因而，当L1≥2D时，较大的键槽铣刀端面切削刃向心角不会对加工底面形成影响。当L1＜2D时，较大的键槽铣刀端面切削刃向心角会对加工底面形成影响，铣刀端面凹型区域会存在必定无法消除的堆叠，在加工底面构成残留，且切削残留无法经过完善走刀轨道来消除。所以在L1＜2D时，应考虑更换小直径的键槽铣刀或较小向心角的键槽铣刀，也可选用具有足够长度修光刃的键槽铣刀来加工关闭下陷，以避免加工底面发生残留。

4.结语

经过对键槽铣刀端面切削刃的向心角进行理论剖析，得出形成加工底面残留的原因。在剖析下陷尺度对加工底面残留影响的基础上，选用比照切削实验验证了理论剖析成果。终究得出定论：当L1≥2D时，键槽铣刀端面切削刃向心角不会对加工底面形成影响，可经过完善走刀轨道的方法处理加工底面残留问题。在此定论基础上总结出L1＜2D时选用键槽铣刀铣削关闭下陷的选刀准则。经过将研究成果应用到航天壁板产品的加工中，有效提高了选刀功率，同时处理了壁板关闭下陷加工底面残留问题，提高了产品质量和加工功率，可广泛用于各类关闭平底下陷的铣削加工。