在金屬切削加工中，銑刀是最常用的平面加工刀具。銑刀不但能完成簡單平面的加工，而且還能完成不同方位平面的加工，或由多個(gè)簡單平面構(gòu)成的表面的加工。

銑刀的種類很多，常用的有圓柱銑刀、端銑刀、鍵槽銑刀、立銑刀、模具銑刀、半圓鍵槽銑刀、三面刃銑刀、角度銑刀、鋸片銑刀等。

本節(jié)以圓柱銑刀和硬質(zhì)合金端銑刀為代表，來講述銑刀切削部分的幾何角度、銑削要素、銑削方式和銑削特點(diǎn)等，并簡介其它常用銑刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與應(yīng)用等。

一、銑削運(yùn)動

銑削的主運(yùn)動是銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。進(jìn)給運(yùn)動一般有縱向、橫向和垂直進(jìn)給。

二、銑刀的幾何角度

1．圓柱銑刀

圓柱銑刀有直齒和螺旋齒之分，前者切削刃與銑刀軸線平行；后者切削刃與銑刀軸線成一螺旋角Wc，。對于直齒圓柱銑刀，其前、后角在主剖面中表示，由于進(jìn)給剖面與主剖面重合，故有：

對于螺旋齒圓柱銑刀，為了制造與測量的方便，一般標(biāo)注法前角γn。法前角γn與前角γo的關(guān)系由前述可知，tanγn=tanγocosλs，而后角在主剖面Po內(nèi)測量，即αo。

銑刀的刃傾角λs，即為銑刀的螺旋角ω。對于直齒圓柱銑刀，λs=0°對于螺旋齒圓柱銑刀，λs=ω。

螺旋齒圓柱銑刀，因螺旋角ω的緣故，銑削時(shí)切削刃是逐漸切入、切出工件金屬層的，再加上同時(shí)工作齒數(shù)多，故銑削較直齒平穩(wěn)，排屑也比較順利；又因λs=ω，也具有斜角切削的特點(diǎn)，因此實(shí)際切削前角γoe比γn大很多，這就大大改善了切削條件。

2．端銑刀

由于端銑刀每一個(gè)刀齒即為一把車刀，因此，端銑刀的幾何角度與車刀相似。

通過對車刀、鉆頭和銑刀幾何角度的分析可知，盡管它們的結(jié)構(gòu)與形狀不同，但以切削刃為單元，則分析它們幾何角度的方法和所得的結(jié)果是相同的。

3．銑刀幾何角度的選擇

銑刀幾何角度的選擇，除遵循第四章刀具幾何參數(shù)的選擇原則外，還必須考慮銑削的自身特點(diǎn)，如銑削過程的斷續(xù)切削和切削厚度隨時(shí)變化等。對于硬質(zhì)合金端銑刀為避免刀齒受沖擊后而崩刃，一般將前角與刃傾角均選成負(fù)值。

三、銑削要素

(一)銑削用量

如圖所示，銑削用量的計(jì)算如下。

1．銑削速度

式中do——銑刀的直徑，mm； n——銑刀轉(zhuǎn)速，r／rain。

2．進(jìn)給量f

銑削進(jìn)給量有每齒、每轉(zhuǎn)和每分鐘三種表示法。

(1)每齒進(jìn)給量fz 指銑刀每轉(zhuǎn)過一個(gè)刀齒時(shí)，銑刀與工件的相對位移，單位為mm／z。

(2)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f 指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，銑刀與工件的相對位移，即

式中z——銑刀的齒數(shù)。

(3)每分鐘進(jìn)給量νf 指銑刀相對于工件每分鐘的位移量，即

3．銑削深度ap

指基面內(nèi)平行于銑刀軸線度量的切削層尺寸。

4。銑削寬度ae

指在垂直于銑刀軸線的平面內(nèi)度量的切削層尺寸。它是銑削時(shí)特有的一個(gè)參數(shù)，其大小取決于同時(shí)工作齒數(shù)的多少。

(二)切削層參數(shù)

1．圓柱銑刀

(1)切削厚度hD 指銑刀相鄰兩齒所形成的加工表面問的垂直距離，即

式中 ψ——瞬時(shí)接觸角， 通常以ψ=δ/2處的切削厚度為平均切削厚度，于是有

式中hDav——銑削時(shí)的平均切削厚度，mm。

(2)切削寬度bD 根據(jù)定義，切削寬度是在基面內(nèi)沿加工表面所度量的切削層尺寸。但為研究問題方便起見，常采用實(shí)際切削寬度bDs，即銑刀切削刃與工件切削層的實(shí)際接觸長度。對于直齒圓柱銑刀銑削時(shí)，bD=ap=常數(shù)，由于每一個(gè)刀齒突然切入與切出，故銑削力波動大；對于螺旋齒圓柱銑刀銑削時(shí)，由于螺旋角ω的作用，bDs是變化的，刀齒剛切入工件時(shí)，bDs很小，以后逐漸增大，切離時(shí)又逐漸減小，因而銑削過程較直齒平穩(wěn)。

(3)平均切削總面積ADav 銑削時(shí)的切削總面積為各刀齒切削面積之和。但因銑削時(shí)每齒的切削厚度hD是變化的，螺旋齒圓柱銑刀的切削寬度也是變化的，并且同時(shí)工作齒數(shù)ze也在變化，所以直齒、螺旋齒圓柱銑刀銑削時(shí)的切削總面積是變化的，故常用平均切削總面積計(jì)算：

式中 Qz——單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量； z——銑刀的齒數(shù)。

2．端銑刀

(1)切削厚度hD 在端銑時(shí)刀齒切入、切出時(shí)的切削厚度為最小，在銑刀中心移動的軌跡位置時(shí)切削厚度為最大。其任意一點(diǎn)的切削厚度為：

式中 ψ——瞬時(shí)接觸角，是由銑刀中心移動軌跡分別向切入或切出位置兩側(cè)度量的角度。

根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，平均切削厚度為：

式中δ——切入角(δ1為切出角)。

(2)切削寬度bD 在銑削過程中，切削寬度保持不變。

(3)平均總切削面積ADav

第四次課

四、銑削力

1．作用于銑刀上的銑削力

銑削時(shí)，由于切削變形與摩擦，銑刀每一參與切削的刀齒上都受到銑削力。為了實(shí)際應(yīng)用，通常假定各刀齒上的銑削力的合力F作用于某個(gè)刀齒上，并將它分解為三個(gè)相互垂直的分力。

(1)主切削力FC 它是作用于銑刀圓周切線方向的分力，也稱圓周力，消耗功率最多。

(2)徑向力Fp 它是作用于銑刀半徑方向的分力。它使刀桿彎曲，影響銑削的平穩(wěn)性。

(3)軸向力FO 它是沿銑刀軸線方向的分力。

Fp與FO的大小，若圓柱銑刀銑削時(shí)，則與螺旋角ω的大小有關(guān)；若端銑刀銑削時(shí)，則與主偏角κr的大小有關(guān)。

圓柱銑刀和端銑刀的主切削力FC可按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)被加工材料的強(qiáng)度和硬度不同時(shí)，需乘以修正系數(shù)KFC。

2．作用于工件或工作臺上的銑削力

由于機(jī)床和夾具設(shè)計(jì)的需要，以及實(shí)際測量的方便，一般將作用在工件(工作臺)上的銑削合力F′(F的反力)按縱、橫和垂直進(jìn)給三個(gè)方向進(jìn)行分解。

(1)縱向進(jìn)給分力Ff 它作用于銑床縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，其方向與縱向進(jìn)給運(yùn)動方向平行。

(2)橫向進(jìn)給分力Fe 它作用于銑床橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)上，其方向與橫向進(jìn)給運(yùn)動方向平行。

(3)垂直進(jìn)給分力Fv 它作用于銑床工作臺升、降機(jī)構(gòu)上，其方向與工作臺垂直進(jìn)給運(yùn)動方向平行。對于圓柱銑刀銑削，按不同的銑削方式，會使工件抬起或壓向工作臺；對于端銑刀銑削，正好與Fo相反。

銑削時(shí)，各銑削分力與主切削力有著一定的比例關(guān)系。若計(jì)算出主切削力Fc，就可計(jì)算出Ff、Fe和Fv的近似值。

銑削合力F可表示為：

3．銑削功率Pc

銑削中由于主運(yùn)動消耗的功率最多，因此同車削一樣銑削功率可表示為：

式中 PC——銑削功率，kw； FC——主切削力，N；υC——銑削速度，m／min。

五、銑削方式

銑削是斷續(xù)切削，實(shí)際切削面積隨時(shí)都在變化，因此銑削力波動大，沖擊與振動大，銑削平穩(wěn)性差。但采用合理的銑削方式，會減緩沖擊與振動，還對提高銑刀耐用度、工件質(zhì)量和生產(chǎn)率具有重要的作用。

1．圓柱銑刀銑削

圓柱銑刀在銑削平面時(shí)有兩種銑削方式。

(1)逆銑：當(dāng)銑刀切削刃與銑削表面相切時(shí)，若切點(diǎn)銑削速度移。的方向與工件進(jìn)給速度研的方向相反，便稱為逆銑。

逆銑有如下特點(diǎn)：

①切削厚度由薄變厚，即從hD=0到hDmax。當(dāng)切入時(shí)，由于刃口鈍圓半徑大于瞬時(shí)切削厚度，刀齒與工件表面進(jìn)行擠壓和摩擦，刀齒較易磨損。尤其當(dāng)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重時(shí)，更加劇刀齒的磨損，并影響已加工表面的質(zhì)量。

②刀齒作用于工件上的垂直進(jìn)給分力Fv向上，有挑起工件的趨勢，因此要求夾緊可靠。

③縱向進(jìn)給力Ff與縱向進(jìn)給方向相反，使銑床工作臺進(jìn)給機(jī)構(gòu)中的絲桿與螺母始終保持良好的左側(cè)接觸，故工作臺進(jìn)給速度均勻，銑削過程平穩(wěn)。

④逆銑時(shí)，刀齒是從切削層內(nèi)部開始的，當(dāng)工件表面有硬皮時(shí)，對刀齒沒有直接的影響。

(2)順銑 當(dāng)銑刀切削刃與銑削表面相切時(shí)，若切點(diǎn)的銑削速度口。的方向與工件進(jìn)給速度奶的方向相同，便稱為順銑。

順銑有如下特點(diǎn)：

①刀齒的切削厚度由厚變薄，即從hDmax到hD=O，這樣容易切下切屑，刀齒磨損較慢，已加工表面質(zhì)量高。有些實(shí)驗(yàn)表明，相對逆銑，刀具耐用度可提高2～3倍。尤其在銑削難加工材料時(shí)效果更加明顯。

②刀齒作用于工件上的垂直進(jìn)給分力Fv，壓向工作臺，有利于夾緊工件。

③縱向進(jìn)給分力Ff與縱向進(jìn)給方向相同，當(dāng)絲杠與螺母存在間隙時(shí)，會使工作臺帶動絲杠向左竄動，造成進(jìn)給不均勻，這樣一則影響工件表面粗糙度，二則會因進(jìn)給量突然增大而損壞刀齒。

2．端銑刀銑削

端銑刀在銑削平面時(shí)有許多優(yōu)點(diǎn)，因此在目前的平面銑削中有逐漸以端銑刀來代替圓柱銑刀的趨勢。根據(jù)端銑刀和工件間的相對位置不同，可分為三種不同的銑削方式。

(1)對稱銑削 刀齒切入、切出工件時(shí)，切削厚度hD相同的銑削便為對稱銑削。一般端銑時(shí)常用這種銑削方式。

(2)不對稱逆銑 刀齒切入時(shí)的切削厚度最小，切出時(shí)的切削厚度最大。這種銑削方式切入沖擊小，常用銑削碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。

(3)不對稱順銑 刀齒切入、切出時(shí)的切削厚度正好與不對稱逆銑相反。這種銑削方式可減小硬質(zhì)合金的剝落破損，提高刀具耐用度，可用于銑削耐熱合金和不銹鋼。

六、銑削特點(diǎn)

綜上所述，銑削過程有如下特點(diǎn):

(1)生產(chǎn)率高銑削時(shí)銑刀連續(xù)轉(zhuǎn)動，并且允許較高的銑削速度，因此具有較高的生產(chǎn)率。

(2)斷續(xù)切削銑削時(shí)每個(gè)刀齒都在斷續(xù)切削，尤其是端銑，銑削力波動大，故振動是不可避免的。當(dāng)振動的頻率與機(jī)床的固有頻率相同或成倍數(shù)時(shí)，振動最為嚴(yán)重。另外，當(dāng)高速銑削時(shí)刀齒還要經(jīng)受周期性的冷、熱沖擊，容易出現(xiàn)裂紋和崩刃，使刀具耐用度下降。

(3)多刀多刃切削 銑刀的刀齒多，切削刃的總長度大，有利于提高刀具耐用度和生產(chǎn)率，優(yōu)點(diǎn)不少。但也存在下述兩個(gè)方面的問題：一是刀齒容易出現(xiàn)徑向跳動，這將造成刀齒負(fù)荷不等，磨損不均勻，影響已加工表面質(zhì)量；二是刀齒的容屑空間必須足夠，否則會損壞刀齒。

(4)銑削方式不同 根據(jù)不同的加工條件，為提高刀具耐用度和生產(chǎn)率，可選用不同的銑削方式，如逆銑、順銑或?qū)ΨQ銑、不對稱銑。

七、幾種常用銑刀的簡介

1．尖齒銑刀

尖齒銑刀是應(yīng)用較多的一種銑刀，它的齒槽是用角度銑刀銑削而成.

(1)立銑刀 主要用在立式銑床上，銑削相互垂直的兩平面或凹槽，利用靠模也可加工成形表面等。圓柱面上是主切削刃，端面上是副切削刃，中心處無刃，故一般不宜沿軸線方向進(jìn)給。主切削刃螺旋角一般取ω=30°～45°，為使副切削刃有足夠的強(qiáng)度，需磨出刃帶。

(2)鍵槽銑刀 用于銑削圓頭封閉鍵槽。這種銑刀圓柱面和端面上都有刀齒，且端面刀齒直接延伸到刀具中心。因此，鍵槽銑刀既可作縱向進(jìn)給，又可作軸向垂直進(jìn)給。此外，這種銑刀因齒數(shù)少、螺旋角小，故剛度較好。

(3)三面刃銑刀 主要用來加工溝槽或臺階面。它的圓周上是主切削刃，兩側(cè)面是副切削刃。三面刃銑刀按結(jié)構(gòu)可分為以下三種。

直齒三面刃銑刀 這種銑刀制造容易，刃磨方便，但由于兩側(cè)刃前角γo′=0°，切削條件較差。

錯(cuò)齒三面刃銑刀 這種銑刀相鄰刀齒左、右相錯(cuò)，并制成不同傾斜方向，使每一刀齒紋在正前角一側(cè)有端齒。由于螺旋角ω的作用，使切削過程平穩(wěn)，易于排屑，從而改善了切削條件。

鑲齒三面刃銑刀 這種銑刀的特點(diǎn)是將帶有齒紋的刀齒鑲嵌在刀體的齒槽中。當(dāng)多次重磨銑刀寬度變小時(shí)，可用移動齒紋的方法來恢復(fù)刀齒的寬度尺寸。

(4)尖齒銑刀的刃磨 尖齒銑刀磨鈍后，一般在萬能工具磨床上刃磨刀具的后面。刀齒的前面由支撐片支持著，并由其調(diào)節(jié)刀齒的位置。為了磨出后角，刀齒應(yīng)低于銑刀中心，其值H由下式算出：

式中d0——銑刀直徑； αo——銑刀后角。

2．硬質(zhì)合金端銑刀

硬質(zhì)合金端銑刀與高速鋼銑刀相比，不僅適應(yīng)于高速銑削，而且加工質(zhì)量也好，所以它是目前應(yīng)用十分廣泛的一類銑刀。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為如下三種。

(1)整體焊接式 這種銑刀結(jié)構(gòu)緊湊，制造較易。但刀齒一旦破損整把銑刀將報(bào)廢，故目前較少使用。

(2)機(jī)夾焊接式 這種銑刀是將焊接好的硬質(zhì)合金刀頭，用機(jī)械夾固的方式裝夾在刀體槽中。當(dāng)?shù)洱X磨損到不能使用或刀頭破損報(bào)廢時(shí)，只需按上新刀齒即可，故刀體使用壽命長。

這種銑刀，既可整體刃磨又可體外刃磨。整體刃磨是將整個(gè)銑刀裝夾在刃磨機(jī)上進(jìn)行刃磨；體外刃磨是將各個(gè)刀齒從刀體上拆下后進(jìn)行單獨(dú)刃磨。

(3)可轉(zhuǎn)位端銑刀 由于機(jī)夾焊接式銑刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，缺點(diǎn)較多，故目前已逐漸被可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金端銑刀代替?？赊D(zhuǎn)位端銑刀，它是將硬質(zhì)合金刀片直接裝夾在刀體槽中，當(dāng)切削刃磨鈍后，將刀片轉(zhuǎn)位或更換新刀片即可繼續(xù)使用?？赊D(zhuǎn)位硬質(zhì)合金端銑刀具有效率高、壽命長、使用方便、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

第三次課

§7-2 成形車刀

一、成形車刀的特點(diǎn)與類型

1．成形車刀的特點(diǎn)

成形車刀是用在各種車床上加工內(nèi)、外回轉(zhuǎn)體成形表面的專用刀具，其刃形是根據(jù)零件的廓形設(shè)計(jì)的。它具有如下特點(diǎn)。

(1)生產(chǎn)率高 利用成形車刀進(jìn)行加工，一次進(jìn)給便可完成零件各表面的加工，因此具有很高的生產(chǎn)率。故在零件的成批大量生產(chǎn)中，得到廣泛的使用。

(2)加工質(zhì)量穩(wěn)定 使用成形車刀進(jìn)行切削加工，由于零件的成形表面主要取決于刀具切削刃的形狀和制造精度，所以它可以保證被加工工件表面形狀和尺寸精度的一致性和互換性。一般加工后零件的精度等級可達(dá)IT7～IT9，表面粗糙度值可達(dá)Ra2．5～10μm。

(3)刀具使用壽命長 成形車刀用鈍后，一般重磨前面，可重磨次數(shù)多，尤其圓體成形車刀。

(4)刀具制造比較困難，成本高 故單件、小批生產(chǎn)不宜使用成形車刀。

2．成形車刀的類型

最常用的是沿工件徑向進(jìn)給的成形車刀，按其結(jié)構(gòu)與形狀可分為平體、棱體和圓體三種。

(1)平體成形車刀 它除了切削刃有一定的形狀要求外，結(jié)構(gòu)上和普通車刀相近。因其允許的重磨次數(shù)不多，一般僅用于加工螺紋或鏟制成形銑刀、滾刀的齒背。

(2)棱體成形車刀 其外形是棱柱體，可重磨次數(shù)比平體成形車刀多，剛性也好，但只能用來加工外成形表面。

(3)圓體成形車刀 其外形是回轉(zhuǎn)體，切削刃在圓周表面上分布，與以上兩種成形車刀相比，制造方便，允許重磨次數(shù)多。既可用來加工外成形表面，又可用來加工內(nèi)成形表面，使用比較普遍，但加工精度與剛性低于棱體成形車刀。

此 外，還有一種沿加工表面的切線方向切人的切向進(jìn)給成形車刀。因切削刃相對工件有一定的傾斜角，故加工時(shí)是逐漸切入與切出工件的，始終只有一小段切削刃在工 作，從而減小了切削力，切削過程比較平穩(wěn)。一般用于加工剛性較差的外成形表面。與徑向進(jìn)給成形車刀相比，其切削行程長，生產(chǎn)率較低。

二、成形車刀的前、后角

成形車刀刃形復(fù)雜，既有直線也有曲線，各段切削刃主剖面內(nèi)的前、后角都不相同，故無法用主剖面內(nèi)的γo、αo來統(tǒng)一表達(dá)。為使重磨后刃形不變，其幾何角度規(guī)定在進(jìn)給剖面內(nèi)，即在垂直于工件軸線的端剖面內(nèi)表示。

成形車刀的名義前、后角(γf、αf)，是當(dāng)?shù)毒甙惭b在刀夾中，并使切削刃上離工件中心最近的點(diǎn)(稱為基準(zhǔn)點(diǎn))與工件中心等高時(shí)得到的。制造刀具時(shí)，需按名義前、后角之和(γf+αf)磨出前面。

1．棱體成形車刀γf、αf的形成

(1)將棱體成形車刀前面重磨成γf+αf的斜面。 ’

(2)安裝時(shí)，將成形車刀的基準(zhǔn)點(diǎn)與工件中心等高，并使后面與垂直方向傾斜一個(gè)αf，這樣便可得到要求的名義前、后角。

2．圓體成形車刀γf、αf的形成

(1)將圓體成形車刀前面刃磨成比刀具中心低一個(gè)hc。

(2)安裝時(shí)，將刀具的基準(zhǔn)點(diǎn)1’與工件中心o等高，并使刀具中心o′，比工件中心o高一個(gè)H。

這樣便可得到要求的名義前、后角。

3．成形車刀安裝后切削刃上各點(diǎn)前、后角的變化

成形車刀安裝后，除基準(zhǔn)點(diǎn)1′的前后角為γf、αf外，切削刃上其余各點(diǎn)的前、后角均不等于γf、αf，是按照一定的規(guī)律變化的。

對于棱體成形車刀，有：

且

對于圓體成形車刀，有：

但

4．成形車刀前、后角的選擇

成形車刀的前角γf主要根據(jù)工件材料來選擇(表7-4)，而后角af則主要根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)來選擇。

5．成形車刀的主后角

在選擇了成形車刀的進(jìn)給后角af后，為避免刀具后面與工件發(fā)生摩擦，加劇刀具磨損，還需校驗(yàn)切削刃上選定點(diǎn)的主后角αo，使其不應(yīng)小于2°～3°，

在切削刃上取選定點(diǎn)D，分別作出進(jìn)給剖面Pf與主剖面Po。由公式 ，可知，當(dāng)λs=O°時(shí)，則有

于是

式中aoD——切削刃上選定點(diǎn)的主后角； afD——切削刃上選定點(diǎn)的進(jìn)給后角； κrD——切削刃上選定點(diǎn)的主偏角。

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