成形铣刀设计(1)概论

第五节铲齿成形铣刀设计

一、铲齿成形铣刀的基本类型

铲齿成形铣刀是用于铣削工件成形表面的专用刀具。它的刃形是根据工件廓形设计计算的，它具有较高的生产率，并能保证工件形状和尺寸的互换性，因此得到广泛使用。成形铣刀按齿背形状可分为铲齿与尖齿两种。

1．尖齿成形铣刀：尖齿成形铣刀齿数多，具有合理的后角，因而切削轻快、平稳，加工表面质量好，铣刀寿命高。但尖齿成形铣刀需要专用靠模或在数控工具磨床上来重磨后面、刃磨工艺复杂。因此，刃形简单的成形铣刀一般做成尖齿形。

2．铲齿成形铣刀：齿背由径向铲削形成，使其具有成形刃后角。该刀具沿前刀面重磨后能保证刃形不变，故在生产中一般采用铲齿结构，只有在大批量生产中才采用尖齿结构。本章只讨论铲齿成形铣刀的设计方法。

二、铲齿成形铣刀结构参数的确定

（一）容屑槽底形式

铲齿成形铣刀容屑槽底有两种形式：一种是平底形式，如图3—19所示；另一种是中间凸起的加强形式，如表3—76所示。根据工件廓形最大高度hｗ来选择容屑槽底的形

图3—19铲齿成形铣刀的结构

式，当hｗ较小和刀齿强度足够的情况下，可采用平底形式，否则，应采用加强形式。加强式槽底的形状可根据工件廓形确定。工件廓形为单面倾斜时，用I型或Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅴ型；工件廓形对称时，用Ⅳ型。

类型说明

1. 过曲线刀刃的两极限点作直线（点划线）

2.距刀刃为H1＝K＋r作刀刃等距曲线（点划

线）

3.作与刀刃两极限点直连线（点划线）平行并

与等距曲线相切（Ⅰ型）或相交（Ⅱ型）的直

线，即为铣刀槽底

4.H≥h+K+r

5.β由作图得出

1.作与齿顶为h+r且平行铣刀轴线的直线

2.距刀刃为作刀刃H1＝K＋r等距曲线（点划

线）

3.过等距曲线（点划线）与端面交点（Ⅲ型为

铣刀齿形高度较大的那个端面的交点）作

逼近但低于等距曲线（点划线）的倾斜线，

与水平直线相交即得铣刀槽底

4.H≥h+K+r

5.β由作图得出

1.作与齿顶为H1=K+r+(1~4)mm,且平行于铣

刀轴线的直线

2.其他作

（二）齿形高度h和宽度 B

如图3—19所示，成形铣刀齿形高度可取为

h＝hｗ＋（1~2）mm

式中hｗ—工件的廓形高度。

铣刀宽度B一般比工件廓形最大宽度Ｂｗ大1～5mm ，并应采用标准系列尺寸。

（三）铣刀的孔径

用铣刀切削时，要求其刀杆直径足够大，以保证在铣削力作用下有足够的强度和刚度。因此，铣刀孔径应按强度或刚度条件计算决定。在一般情况下，可根据铣削宽度和

切削条件选取。表3—77是根据生产经验推荐的数值。

表3—77 成形铣刀内孔直径

（四）铣刀的外径

在保证铣刀孔径足够大和铣刀刀体强度足够的条件下，应选较小的铣刀外径，以减小扭矩和减少高速钢的消耗。

设计铣刀时，可首先用下式估算外径，待确定了铣刀的其他有关参数后，再校验铣刀刀体强度。

ｄ0=（2~2.2）d + 2. 2h+（2~6）mm （3—5—1）

对于加强形式的容屑槽，铣刀外径可小些

ｄ0=（1.6~2）d+2h+（2~6）mm （3—5—2）

表3—78给出了铣刀直径的推荐值，它是按式（3—5—1）与式（3—5—2）计算的，并圆整为5的整数倍。

（五）铣刀的齿数

在保证刀齿强度和足够的重磨次数的条件下，应尽力取齿数多些，以便增加铣削的平稳性。齿数Z k与铣刀直径之间有如下关系。

Z k＝лd/t (3—5—3)

式中t—铣刀的圆周齿距。粗加工时，可取

t＝（1.8~2.4）H （3—5—4）

精加工时，可取

t＝（1.3一1.8）H (3—5—5)

式中H—容屑槽高度，由图4—19可看出

H=h＋K＋r

式中：K—刀齿铲削量r—容屑槽底半径，一般为1~3mm

由于齿数Z k未确定时K与r都不能确定，因此可按下式初步估算H

H＝h＋0. 06ｄ0＋（1～3）mm （3—5—6）

将式（3—5—6）代入式（3—5—5）或式（3—5—4），再代入式（3—5—3），可求出Z k，也可根据生产经验按铣刀外径的大小预选铣刀齿数，在设计计算出铣刀的其他结构参数后，再校验所选齿数是否合理。表是根据生产经验推荐的铲齿成形铣刀的齿数。此表适用于平底式容屑槽的不铲磨铣刀。对于加强式容屑槽，齿数可适当增加，对铲磨铣刀，齿数可适当减少。

一个刀齿，将对刀齿强度及可磨次数产生较大影响。在这种情况下，可取齿数为奇数（六）铣刀的后角及铲削量

铲齿成形铣刀通常给出进给方向的后角αf，一般可取αf =10°~15°,初步选定αf

以后，需验算铣刀切削刃上某些点的主剖面后角αox（图3—20）

tga ox＝tga fx sinκrx≈tg a f sinκrx （3—5—7）

由式(6-7)可知κrx愈小，a ox愈小，应保证a ox不小于20~30。实际计算表明，当κrx

或斜向铲齿的方法增大后角。确定后角αf 后，相应的铲削量可按下式计算

K＝πｄ0tgαf / Z k（mm）(3—5—8)

对于精度要求高的成形铣刀，其齿背除铲削外，尚需进行铲磨。铲磨的铣刀其齿背

必须做成双重铲齿的形式，即在铲齿时，齿

背的AB段用铲削量为K的凸轮进行铲削（图3

—21a），而将BC段用较大的铲削量K，进行

铲削，这样可将BC段多铲去一些，以免砂轮

将B点以前磨光后，在B点以后形成凸台。

双重铲齿的铣刀齿背亦可做成图3—21b

所示的形式。常将前者称为I型，后者称为II

型。当采用I型铲齿形式时，K1可按下式计算

K1＝（1 .3~1 .5）K （3—5—9）

计算出K与K1后，应按附录表2所列的铲

床凸轮的升距（即铲削量）选取相近的数值。

当采用II型铲齿形式时，可按该表II型选

取K Z 。

图4—20成形铣刀的后角

图3—21 齿背的双重铲磨

（七）容屑槽尺寸（见图3—19 ）

1、容屑槽底半径r r可按下式计算

r＝π[ｄ0－2（h＋K）]／2A Z k（3—5—10）

式中A—系数，一般铲磨齿背的成形铣刀，或齿廓高度h较大的成形铣刀，可取A=4 不铲磨齿背的或h较小的，可取A＝6。

计算出的r应圆整为0. 5mm的整数倍。

2、容屑槽角θθ值应按加工容屑槽所用的角度铣刀的系列选取，一般取为220、250、300等。当铣刀齿数少时选大值。少数情况下，可取θ为450, 如梳形螺纹铣刀即是。

3、容屑槽深度H 选取的H应保证铲齿时铲刀或砂轮不致碰到容屑槽底。对平底式容屑槽且不需铲磨的成形铣刀

H=h+K+r （3—5—11）