第14章 铣削与铣刀

第三节
铣削要素和铣削面积
铣削是使用多齿刀具进行切削的一种加工 方法，其生产率高、应用非常广泛。但属于断 续切削，在刀齿切出和切入时有冲击，故应根 据其加工特点综合各方面的因素合理的选择切 削用量和铣削方式。
一、铣削要素 铣削时，机床选用的铣削参量称为铣削要素，也称 铣削用量。 （1）铣削速度 它是指铣刀刀齿切削处的线速度，单位为m/s，即：
（2）后角的选择 铣刀的后角主要根据切削厚度选择，切削厚度越小，后 角值应越大。在铣削过程中，由于铣刀的切削厚度一般比较 小，因此铣刀的磨损主要发生在后刀面上，采用较大的后角 可以减少磨损；当采用较大的负前角时，可适当增加后角。 后角的数值可参考下表（详见表14-2）。
表铣刀后角的参考值 铣刀的类型 高速钢铣刀 精齿 细齿 高速钢锯片铣刀 硬质合金铣刀 粗、细齿 粗齿 细齿 12° 16° 20° 6°～8° 12°～15° 后角值
二、铣刀的几何角度 1.圆柱铣刀的几何角度 圆柱铣刀的几何角度 圆柱铣刀各部分及标注角度如图所示。 （1）前角γo：过切削刃上选定点在端剖面上测量的前刀面 与基面的夹角。 （2）后角αo：过切削刃上选定点在端剖面上测量的后刀面 与切削平面间的夹角。前角和后角都标注在端剖面上。
若是螺旋齿，还要标注螺旋角β、法剖面前角γn和法后角αn 三个参数。 （3）法前角γn：过切削刃上选定点在法剖面上测量的前刀面 与基面的夹角。 （4）法后角αn：过切削刃上选定点在法剖面上测量的后刀面 与切削平面间的夹角。 前角γo和法向前角γn两者的关系为：tan γ n = tan γ o cos β 式中：β——铣刀的 螺旋角，即相当于 圆柱铣刀的刃倾角 λs。 圆柱铣刀的主偏角 为90°，无副偏角。
hD i = f z sin θ
式中：θ — 铣刀切削刃转 角，即某一刀齿主切削刃 上任意点所在位置的半径 与垂直方向的中心线之间 的夹角。
面铣刀铣削时，刀齿的切削厚度在刚切入工件 时为最小，切入中间位置时最大，以后又逐渐减小。 如图任意点的切削厚度可以按下式计算：
hDi = f z cosθ sin kr
v=
πd 0 n
1000
式中：d0——铣刀的直径（mm）； n——铣刀转速（r/s）。
（2）进给量 铣削时的进给量有三种： ①每转进给量ƒ：它是指铣刀每转一转时，工件相 对于铣刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/z。 ②每齿进给量af：它是指铣刀每转一齿时，工件相 对于铣刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/r。 ③进给速度νf：它是指单位时间内工件相对于铣刀 沿进给方向移动的距离，也就是铣床工作台的进给速 度。由于每秒钟进给量太小，故目前机床铭牌上多标 以每分钟的进给速度。单位为mm/s或mm/min。 三种进给量之间的关系为：v = nf = nza
4．锯片铣刀 如图所示，这是薄片的槽铣刀，用于切削狭槽或切断，它 与切断车刀类似，对刀具几何参数的合理性要求较高。为了 避免夹刀，其厚度由边缘向中心减薄使两侧形成副偏角。
5．立铣刀 立铣刀相当于带柄的小直径圆柱铣刀，一般有三到四个 刀齿组成。用于加工平面、台阶、槽和相互垂直的平面，利 用锥柄或直柄紧固在机床主轴中。如图所示。 圆柱上的切削 刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃。工作时只能沿刀具 的径向进给，而不能沿铣刀的轴线方向作进给运动。用立铣 刀铣槽时槽宽有扩张，故应取直径比槽宽略小的铣刀。
（3）刃倾角的选择 立铣刀和圆柱铣刀的外圆螺旋角β就是刃倾角λs。它能 使刀齿逐渐的切入和切出工件。螺旋角越大，切入、切出过 程越缓慢，同时螺旋角增大还可使同时工作齿数增加，使切 削过程平稳。增大β，可以使实际前角增大，切削刃锋利， 同时也使切屑易于排出。铣削宽度较窄的铣刀，增大β的意 义不大，故一般取β=0或较小的值。螺旋角β的具体数值可参 考下表（详见表14-2） 。
2．面铣刀 又称端铣刀，如图所示，它用于立式铣床上加工平面， 铣刀的轴线垂直于被加工表面。面铣刀的主切削刃位于圆柱 或圆锥表面上，副切削刃位于圆柱或圆锥的端面上。用面铣 刀加工平面时，同时参加切削的齿数较多，又有副切削刃的 修光作用，已加工表面粗糙度小。小直径的面铣刀一般用高 速钢制成整体式（图a），大直径的面铣刀是在刀体上焊接硬 质合金刀片（图b），或采用机械夹固式可转位硬质合金刀片 （图c）。
f f
式中：z——铣刀的齿数；n——铣刀的转速。
每齿进给量根据刀齿的强度、切削层厚度， 容屑情况进行选择，是用来计算铣削力、验算刀 齿强度的参数。每转进给量与已加工表面粗糙度 关系密切，精铣和半精铣时按每转进给量进行选 择。由于铣床主运动和进给运动是由两个电动机 分别传动，不同于卧式车床，它们之间没有内部 联系。无论按每齿进给量af还是按每转进给量ƒ选 择，最后均得计算出时进给速度vf，根据机床标牌 值调出。一般铣床铭牌上只标进给速度vf。
（3）背吃刀量（铣削深度）ap：通过切削刃基点并垂 直于工作平面的方向上测量的吃刀量，如图所示，它 是平行于铣刀轴线方向度量的切削层尺寸。 （4）侧吃刀量ae：在平行于工作平面并垂直于切削刃 基点的进给运动方向上测量的吃刀量，如图示，它是 垂直于铣刀轴线方向和进给方向度量的切削层尺寸。
a)圆周铣
b)端面铣
铣刀类型 螺旋角
螺旋齿圆柱铣刀 粗齿 45°～60° 细齿 25°～30°
立铣刀 30°～45°
三面刃、两面刃 铣刀 15°～20°
（4）主偏百度文库与副偏角的选择 面铣刀主偏角的作 用及其对铣削过程的影响，与车刀主偏角在车削中的作 用和影响相同。常用的主偏角有45°、60°、75°、 90°。工艺系统的刚性好，取小值；反之，取大值。副 偏角一般为5°～10°。 圆柱铣刀只有主切削刃，没有副切削刃，因此没有 副偏角。主偏角为90°。
（2）切削层宽度bD 切削层宽度是指主切削刃 与工件切削层的接触长度（近似值），即主切削 刃实际参加切削的长度。如图所示，直齿圆柱铣 刀的切削宽度等于背吃刀量ap，即ap = bD 。 面铣刀的切削层宽度为：
第14章 铣削与铣刀 章
铣削是使用多齿旋转刀具进行切削加工的一 种方法。铣刀的种类繁多，但从结构实质上可看 成是分布在圆柱体圆锥体霍特形回转体的外缘或 端面上的切削刃或镶装上刀齿的多齿刀具。每一 个刀齿相当于一把车刀，其切削加工特点与车削 加工基本相同。在铣削加工中，用圆柱铣刀和端 铣刀铣削平面具有代表性，故在讨论铣削原理何 铣刀的几何角度时以这两种刀具为主。并介绍了 几种常见的尖齿铣刀的结构特点和成形铣刀的廓 形设计。
2．面铣刀的几何角度 面铣刀的标注角度如图所示。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γo 面铣刀的前角规定为在正交平面中测量前刀面与 基面之间的夹角。 （2）后角αo 在正交平面中测量后刀面与切削平面之间的夹角。 （3）主偏角κr 即主刀刃与进给方向在基面上投影之间的夹角。 （4）刃倾角λs 即主切削刃与基面之间的夹角。 面铣刀除需要主剖面系中的有关角度外，在设计、制造、 刃磨时，还需要进给、切深剖面系中的有关角度，如图中的γf 、 αf 。
8．成形铣刀 成形铣刀是在铣床上用于加工成形表面的刀具，其刀齿廓 形要根据被加工工件的廓形来确定。如图b用成形铣刀可在通 用的铣床上加工复杂形状的表面，并获得较高的精度和表面 质量，生产率也较高。除此之外，还有仿形用的指状铣刀 （如图c）等。
二、 按刀齿齿背形式分 1．尖齿铣刀 尖齿铣刀的特点是齿背经铣制而成，并在切削刃 后磨出一条窄的后刀面，铣刀用钝后只需刃磨后刀面， 刃磨比较方便。尖齿铣刀是铣刀中的一大类，上述铣 刀基本为尖齿铣刀。 2．铲齿铣刀 铲齿铣刀的特点是齿背经铲制而成，铣刀用钝后 仅刃磨前刀面，易于保持切削刃原有的形状，因此适 用于切削廓形复杂的铣刀，如成形铣刀。
二、切削层参数 和车削类似，在铣削时，铣刀相邻的两个刀齿在 工件上分别形成两过度表面之间的一层金属称为切削 层。 （1）切削层厚度hD 见图所示是指由铣刀上相邻 两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。
在铣削过程中，切削厚度是不断变化的。圆周 铣削逆铣时，刀齿在起始位置时，hD = 0，为最小 值；刀齿即将离开工件时，切削厚度为最大值。任 意点的切削厚度可以按下式计算：
a) 尖齿铣刀
b) 铲齿铣刀
第二节 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。
一、 铣刀的标注角度参考系 以圆柱铣刀为例，来说明铣刀的标注角度参考系。与车刀 相似，由坐标平面和测量平面组成，其基本坐标平面有基面和 切削平面。其中基面是通过切削刃选定点并包含铣刀轴线的平 面，并假定与主运动方向垂直。切削平面是通过切削刃选定点 的圆柱切平面。测量平面有端剖面，螺旋齿铣刀还有法剖面。 如图所示。
3．三面刃铣刀 三面刃铣刀又称盘铣刀，如图所示。在刀体的圆周上及两侧 环形端面上均有刀齿，所以称为三面刃铣刀。盘铣刀的圆周刀刃 为主切削刃，侧面刀刃是副切削刃，只对加工侧面起修光作用。 它改善了两端面的切削条件，提高了切削效率，但重磨后宽度尺 寸变化较大。主要用在卧式铣床上加工台阶面和一端或两端贯穿 的浅沟槽。三面刃有直齿（图a）和斜齿（图b）之分，直径较大 的三面刃铣刀常采用镶齿结构（图c）。
三、铣刀几何角度的选择 （1）前角 和车刀一样，铣刀的前角主要根据工件材料选择。工件材 料越软，塑性越高时，切屑塑性变形较大，切屑与前刀面摩擦 较大，前角取值也应较大；工件材料硬度较高，塑性较低时， 前角宜取小些。铣削脆性材料时，切屑沿前刀面滑走距离短， 切削力和热集中在刀区，铣刀前角宜取较小的正值。硬质合金 刀具强度低，脆性大，从刀具强度考虑，前角应比高速钢刀具 小些。无论是铣削塑性材料还是脆性材料，当其硬度较高时， 硬质合金刀具的前角宜取负值，当采用负倒棱改善刃口强度时， 前角也可以适当大些。铣削是断续切削，刀齿切入、切出时均 受到冲击，因此硬质合金铣刀的前角比车刀要小一些。
6．键槽铣刀 主要用来加工圆头封闭键槽，如图a所示。它的外形与立 铣刀相似，不同的是键槽铣刀只有两个刃瓣，圆柱面和端面都 有切削刃。 其它槽类铣刀还有T形槽铣刀（如图b）、燕尾槽铣刀（如 图c）等。
b
c a
7．角度铣刀 角度铣刀有单角铣刀和双角铣刀，用于铣沟槽和斜面，如图a。 角度铣刀大端和小端直径相差较大时，往往造成小端刀齿过密， 容屑空间较小，因此常将小端刀齿间隔地去掉，使小端的齿数减 少一半，以增大容屑空间。
前角的具体数值可参考下表。
工件材料 铣刀材料 <0.589 高速钢 硬质合金 20° 5°~10° -5°~5° -10°~5° 5° -5° 20°~30°
钢σb /GPa
0.589~0.9 81 15° >0.981 10°~12°
铸铁/HBS 铝镁合金 ≤150 5°~15° >150 5°~10° 15°~35°
第一节 铣刀的种类和用途
铣刀是金属切削刀具中种类最多的刀具之一， 属于多齿刀具，其每一个刀齿都相当于一把单刃刀 具固定在铣刀的回转表面上。铣刀可以按用途分类， 也可以按齿背形式分类。
一、按用途分 铣刀按其用途大体上可分为加工平面用铣刀、加工沟槽用 铣刀和加工成型面铣刀三类。 1．圆柱铣刀 如图所示，它用于卧式铣床上加工平面，主要用高速钢制 造（常制成整体式如图a），也可以镶焊螺旋形的硬质合金刀 片（即镶齿式）（如图b）。螺旋形切削刃分布在圆柱表面上， 没有副切削刃。螺旋形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的， 所以切削过程较平稳，一般适宜于加工宽度小于铣刀长度的狭 长平面。国标（GB1115—85）规定圆柱铣刀直径为50、63、80、 100mm四种规格。