金屬切削原理與刀具第八章銑刀課件

概述

銑削是使用多齒旋轉刀具進行切削加工的一種方法。銑刀的種類繁多，但從結構實質上可看成是分布在圓柱體圓錐體和特形回轉體的外緣或端面上的切削刃或鑲裝上刀齒的多齒刀具。每一個刀齒相當于一把車刀，其切削加工特點與車削加工基本相同。在銑削加工中，用圓柱銑刀和端銑刀銑削平面具有代表性，故在討論銑削原理何銑刀的幾何角度時以這兩種刀具為主。并介紹了幾種常見的尖齒銑刀的結構特點和成形銑刀的廓形設計。8.1銑刀的種類和用途銑刀是金屬切削刀具中種類最多的刀具之一，屬于多齒刀具，其每一個刀齒都相當于一把單刃刀具固定在銑刀的回轉表面上。銑刀可以按用途分類，也可以按齒背形式分類。圖8.3三面刃銑刀(a)

(b)

(c)

又稱盤銑刀，刀體的圓周及兩側環(huán)形端面上均有刀齒，其圓周刀刃為主切削刃，側面是副切削刃，只對加工側面起修光作用。主要用于加工臺階面和一端或兩端貫穿的淺溝槽。有直齒（圖8.3a）斜齒（圖8.3b）之分，直徑較大的常采用鑲齒結構（圖8.3c）。

5．立銑刀

一般有三到四個刀齒。用于加工平面、臺階、槽和相互垂直的平面，圓柱上的切削刃是主切削刃，端面上分布著副切削刃。工作時只能沿刀具的徑向進給，而不能沿銑刀的軸線方向作進給運動。。

用立銑刀銑槽時槽寬有擴張，故應取直徑比槽寬略小的銑刀。

8.1.2按刀齒齒背形式分1．尖齒銑刀

尖齒銑刀的特點是齒背經銑制而成，并在切削刃后磨出一條窄的后刀面，銑刀用鈍后只需刃磨后刀面，上述銑刀基本為尖齒銑刀。2．鏟齒銑刀

鏟齒銑刀的特點是齒背經鏟制而成，銑刀用鈍后僅刃磨前刀面，易于保持切削刃原有的形狀，因此適用于切削廓形復雜的銑刀，如成形銑刀。8.2.1銑刀的標注角度參考系與車刀相似，由坐標平面和測量平面組成，其基本坐標平面有基面和切削平面。其中基面是通過切削刃選定點并包含銑刀軸線的平面，并假定與主運動方向垂直。切削平面是通過切削刃選定點的圓柱切平面。測量平面有端剖面，螺旋齒銑刀還有法剖面。如圖8.8所示8.2.2銑刀的幾何角度1．圓柱銑刀的幾何角度前角和后角都標注在端剖面上（如圖8.9）。若是螺旋齒，還要標注螺旋角β、法剖面前角γn和法后角αn三個參數。前角γo和法向前角γn兩者的關系為圓柱銑刀的主偏角為90°，無副偏角。圖8.8圓柱銑刀的幾何角度圖8.9面銑刀的幾何角度3．銑刀幾何角度的選擇（1）前角的選擇

工件材料σb（MPa）高速鋼銑刀硬質合金銑刀鋼材＜60020°15°600～100015°-5°＞100012°～10°-（10°～15°）鑄鐵5°～15°-5°～5°根據刀具和工件的材料確定。一般小于車刀；高速鋼比硬質合金刀具要大；塑性材料→前角↑；脆性材料→前角↓；強度↑、硬度↑→負前角。見下表8.1

（2）后角的選擇

銑刀的類型后角值高速鋼銑刀粗齒12°細齒16°高速鋼鋸片銑刀粗、細齒20°硬質合金銑刀粗齒6°～8°細齒12°～15°在銑削過程中，銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，采用較大的后角可以減少磨損；當采用較大的負前角時，可適當增加后角。具體數值可參考表8.2。（4）主偏角與副偏角的選擇

常用的主偏角有45°、60°、75°、90°。工藝系統(tǒng)的剛性好，取小值；反之，取大值。副偏角一般為5°～10°。圓柱銑刀只有主切削刃，沒有副切削刃，因此沒有副偏角。主偏角為90°。8.3銑削基本規(guī)律銑削是使用多齒刀具進行切削的一種加工方法，其生產率高、應用非常廣泛。但屬于斷續(xù)切削，在刀齒切出和切入時有沖擊，故應根據其加工特點綜合各方面的因素合理的選擇切削用量和銑削方式。8.3.1銑削要素與切削層參數1．銑削要素機床選用的銑削參量

（1）銑削速度

（2）進給量

銑刀刀齒切削處的線速度

①每轉進給量f

②每齒進給量af

③進給速度νf

圖8.10銑削要素2．切削層參數（1）切削層厚度hD

在銑削過程中，切削厚度是不斷變化的。圓周銑削逆銑（圖8.11）時，任意點的切削厚度可以按此式計算：

面銑刀銑削時，刀齒的切削厚度在剛切入工件時為最小，切入中間位置時最大，以后又逐漸減小。如圖8.12任意點的切削厚度可以按此式計算：圖8.11圓柱銑刀的切削厚度圖8.12面銑刀的切削厚度圖8.13螺旋齒圓柱銑刀的切削寬度3．銑削用量的選擇應當根據工件的加工精度、銑刀的耐用度及機床的剛性，首先選定背吃刀量，然后選取進給量，最后確定銑削速度。

（1）背吃刀量的選擇

應視工藝系統(tǒng)的剛度和已加工表面的精度、表面粗糙度而定。（2）進給量和切削速度

①粗加工時，根據工藝系統(tǒng)剛性及刀具耐用度來選擇。②半精加工時，選擇較小的每齒進給量，較大的切削速度（參見表8.5）③精加工宜選擇較小的每齒進給量和較大的銑削速度進行銑削。8.3.3銑削方式1．端銑的銑削方式（見圖8.15）（1）對稱銑：銑刀軸線位于銑削弧長的對稱中心位置，即切入、切出時切削厚度相同時為對稱銑。（2）不對稱逆銑：若切入時切削厚度小于切出時切削厚度為不對稱逆銑。

（3）不對稱順銑：若切入時切削厚度大于切出時切削厚度為不對稱順銑。（a）對稱銑；（b）不對稱逆銑；（c）不對稱順銑圖8.15端銑的三種方式2．圓周銑的銑削方式逆銑

銑刀切入工件時的切削速度方向與工件的進給方向相反。刀齒的切削厚度從零逐漸增大。當接觸角大于一定數值時，容易使工件的裝夾松動而引起振動。但銑削過程比較平穩(wěn)。（圖8.16a）順銑

銑刀切入工件時的切削速度方向與工件的進給方向相同。刀齒的切削厚度切入時最大，而后逐漸減小。會使工作臺帶動絲杠出現(xiàn)竄動，如采用順銑，必須要求銑床工作臺進給絲杠螺母副有消除間隙的裝置。（圖8.16b）圖8.16周銑的兩種方式8.4尖齒銑刀

尖齒銑刀是普通銑刀中應用較多的刀齒結構，它的齒槽是用單角度銑刀或雙角度銑刀銑削而成。新銑刀的前刀面和后刀面均需用砂輪刃磨。當銑刀用鈍后需重磨后刀面。8.4.1尖齒銑刀的結構參數1．銑刀直徑直徑d是銑刀的主要結構參數

銑刀直徑↑---孔徑↑----刀心軸強度和剛度↑---工作平穩(wěn)---表面粗糙度↓；刀體大---散熱條件好---耐用度↑---容屑空間↑---易于排屑。但銑刀直徑↑↑---刀具材料的消耗↑---銑削轉矩↑---動力消耗↑---容易引起振動。選擇銑刀直徑的基本原則是：在保證刀桿剛度的前提下，選擇較小的直徑。

2．銑刀刀齒和齒槽形狀尖齒銑刀的刀齒和齒槽形狀，應保證銑刀有足夠的強度和充裕的容屑空間較多的重磨次數。常用的有三種刀齒齒背形式，如圖8.17所示：(a)直線形齒背；(b)折線形齒背；(c)曲線形齒背圖8.17尖齒銑刀的齒背形式8.4.2幾種常用尖齒銑刀的結構特點1．立銑刀如圖8.18所示，其在圓柱面上的切削刃是主刀刃，端面上的切削刃是副刀刃，主刀刃上螺旋角的作用與圓柱銑刀的螺旋角相似，一般取β=30°～45°。另常在副刀刃的前刀面上磨出寬為0.4～1.5mm，前角約為6°的棱邊。立銑刀有粗齒細齒和直柄錐柄之分。粗齒齒數一般取3～4個齒，細齒齒數一般為5、6、8齒。圖8.18立銑刀2．鍵槽銑刀用于銑削圓頭封閉鍵槽，如圖8.19所示。圓柱面和端面上都有刀齒，端刃為完整刃口，齒數少，螺旋角小。工作時可以縱向進給，也可以軸向進給。圖8.19鍵槽銑刀3．直齒三面刃銑刀兩側面上的前角等于零，圓周前刀面與端齒前刀面連成一個平面，一次銑成和刃磨，圓周刀齒和端面刀齒留有凸起的棱邊，便于刃磨，且可保持棱邊的寬度不變。除直齒外，還有錯齒三面刃銑刀和鑲齒三面刃銑刀。8.5成形銑刀刃形按工件廓形設計。使成形銑刀能較容易地實現(xiàn)對復雜表面的加工，并能得到較高的加工精度和表面質量，而且，生產率極高。8.5.1成形銑刀的鏟齒1．對成形銑刀的刃磨要求

沿前刀面重磨后，要求刀齒的刃形不變，后角基本不變。2．成形銑刀的鏟齒過程

銑刀繞鏟齒車床主軸作等速轉動時，鏟刀在阿基米德曲線凸輪控制下向銑刀軸線等速推進。因此鏟刀切削刃上的任一點相對銑刀的運動軌跡為阿基米德螺旋線，即鏟刀鏟出的成形銑刀的齒背曲線為阿基米德螺線。當銑刀轉過δo角時，凸輪則轉過φo角，鏟刀鏟出一個刀齒的齒背。當銑刀再轉過δ1角時，凸輪則轉過φ1角，鏟刀快速復位（圖8.21）圖8.21成形銑刀的鏟齒過程8.5.2鏟齒成形銑刀的鏟削量和后角1．鏟削量鏟刀每轉過一個齒間角ε，鏟刀沿半徑方向前進的距離稱為鏟削量，用K表示。2．后角阿基米德齒背上任一點M處的后角α?M，可用右式計算計算：新刀齒頂處的后角α?α切削刃上半徑為Rx的任一點x處的端面后角α?x圖8.22成形銑刀的后角成形銑刀切削刃上任意一點應有足夠的法向后角如圖8.23所示：不得小于2°～3°。圖8.23成形銑刀的法向后角3．主后角過小的改善措施（1）增大頂刃后角α?

；（2）斜置工件（a）；（3）斜向鏟齒（b）；（4）磨出凹槽或副偏角；另外還可適當的修改切削刃的形狀（c）。8.5.3成形銑刀的廓形設計圖可求出刀齒廓形上E1點的高度h1′：

而故其中

由上式求出θ之后，代入式即可求出刀齒廓形上E1點的高度h1′。該點的寬度，b1為工件的端面廓形上與點E1對應的點1的寬度。圖8.25鏟齒成形銑刀的刀齒廓形計算成形銑刀的刀刃廓形計算。根據圖示求出E1′點的高度h1∥為

E1′點的寬度類似的可求出銑刀的刀刃廓