第十章 铣削与铣刀

2、按齿背形式分类
1）尖齿铣刀—齿背是用铣刀铣出来的。 齿背就是后刀面，用钝后重磨后刀面。 2）铲齿铣刀—齿背是用铲刀铲出来的。 用钝后重磨前刀面。
a) 尖齿铣刀 b) 铲齿铣刀
3、按铣削原理分类

1、面铣刀或端铣刀
刀齿设计在铣刀的端面上，这种铣刀一般用来铣削平面、 台肩。

2、圆柱铣刀或圆周铣刀 刀齿设计在铣刀的圆柱上，这种铣刀有多种形式，可以用 来铣削平面、阶梯、槽型等。
黄铜
铝合金 不锈钢
Leabharlann Baidu
30～60
112～300 16～25
120～200
400～600 50～100
二、 切削层参数
1.直齿圆柱铣刀
（1）切削层公称厚度hD ，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。
切削厚度是一个随时变化 的量。每一瞬间的值为：
hD f z sin hD max f z sin
Fe/Fc
二、 铣削力计算
主切削力Fc的计算还可用有关手册经验公式进行计算，它与工 件材料、刀具材料、铣刀的形式以及铣削用量有关。
10.4 铣 削 方 式
一、圆周铣削方式
周铣有顺铣和逆铣两种方式。
逆铣时，（1）刀齿的切削厚度从ac=0至acmax,轨迹 线平坦拉长，切削平稳;（2）由于切削齿刃钝圆半径的 影响，在开始切入时刀齿在工作表面上打滑、产生挤压 和摩擦，使已加工表面产生硬化，表面粗糙度值变大， 铣刀磨损增大。同时，工件表面受到较大的挤压应力， 冷硬现象严重，加剧刀齿磨损，并影响已加工表面质量。
端铣刀的γo、αo、kr、k’ r和λs与车刀的概念完全
一样，只不过端铣刀还经常要标注切深方向的前角γ p、后角-α p和进给方向的前角-γ f 、后角-α f 。
（便于导体设计与制造） 铣刀几何角度的选择，必须考虑铣削的自身特点， 如铣削过程的断续切削和切削厚度随时变化等。对于 硬质合金面铣刀为避免刀齿受冲击后而崩刃，一般将 前角与刃倾角均选成负值。
用寿命十几倍，因此要重视铣削时工件的位置摆
放。
10.5 铣刀的磨损
一.铣刀的磨损形式
a) 高速钢铣刀的后 面磨损 b)硬质合金铣刀的前、 后面同时磨损
铣刀磨损标准规定在后刀面上. 高速钢圆柱铣刀粗铣取VB=0.6,精铣为0.25 合金面铣刀铣削钢件为VB=1-1.2,铸件为1.5-2.0
二.防止铣刀破损的措施
2.螺旋齿圆柱铣刀
hD f z sin
bD 随刀齿工作位置不同而变
化。刀齿切入工件后， bD 由 零逐渐增大至最大值，然后逐 渐减小至零。
3.端铣刀
hD f z cos sin r
bD a p / sin r
刀齿开始切入时厚度最小，在中 心位置时最大，以后又逐渐减小。
ADav
削时切入角等于切出角，一半是逆铣削，一半是顺铣削。

2）不对称铣削（b图与c图） 被铣工件平分线相对于铣刀轴心移动轨迹，有一
偏移量时，称为不对称铣削。逆铣部分大于顺铣
部分时，称为不对称逆铣；顺铣部分大于逆铣部 分时，称为不对称顺铣。切入角和切出角位于逆 铣一侧时为正值，位于顺铣一侧时为负值。据有 关资料介绍，工件与铣刀摆放位置会影响刀具使
第一节 铣刀的几何参数 第二节 铣削用量和切削层参数 第三节 铣削力 第四节 铣削方式 第五节 铣刀的磨损 第六节 常用铣刀的结构特点与应用 第七节 可转位面铣刀 第八节 铲齿成型铣刀简介
铣刀的种类与用途：
铣刀是广泛用于平面及各种成形表面加工的刀具。
1、按用途分类
端铣刀（面铣刀）、圆周铣刀、也叫圆柱铣刀、盘铣刀、 锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、球刀、角度铣刀、R铣刀、 成形铣刀等。
（3）作用于工件上的进给力Ff与其进给方向相反， 使铣床工作台进给机构中的丝杠螺母始终保持良好的左 侧面接触，因此进给速度比较平稳。 逆铣时刀齿是从切削层内部开始工作的，当工件表 面有硬皮时，对刀齿没有直接影响；（4）切削力的垂直 分力方向向上，有使工作台抬起的趋势，影响夹紧力。 顺铣时，（1）切削厚度由厚变薄，无“滑行”现象， 轨迹线短而陡，（2）摩擦挤压较轻，加工表面粗糙度值 小，铣削力小，铣刀磨损也小。同时，（3）垂直分力向 下，将工件压向工作台，避免铣削时上下振动。 （4）但切削力的水平分力与进给方向相同，有使丝 杠和丝母工作面脱开的趋势，容易引起加工中水平方向的 窜动。 总体来看，顺铣比逆铣优点多，但必须要求机床有消 除间隙机构。
f z
4.铣削速度vc
指铣刀切削刃上基点相 对于工件的主运动的瞬时 速度(一般指铣刀外缘处的
线速度)
vc dn / 1000
刀具
材料
参考进给量 0.1～0.5 0.12～0.20 0.04～0.06 0.15～0.20 0.04～0.06
圆柱铣刀
高速钢 端铣刀 三面刃铣刀 硬质合金铣刀
钢 铸铁 钢 铸铁 钢
10.1 铣刀的几何参数
一、 坐标平面
在正交平面内：(以圆柱铣刀静止参考系平面)
假定主运动方向 假定进给运动方向 切削刃选定点
基面Pr: 正交平面Po:
通过选定点并包含轴线的平面
通过选定点并切于与切削刃相切，且垂直 切削平面Ps: 于的平面P r。 与假定工作平面Pf重合，是垂直于轴线的 平面
二、圆柱铣刀的几何角度
10.2铣削用量和切削层参数
一、 铣削用量
1.背吃刀量aP ：过选定点并垂直于Pf的放行上测量的吃刀量 。（平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。） （a）圆周铣时，ap为被加工表面的宽度。（b）端铣时，ap 为切削深度。 2.侧吃刀量ae ：在 平 行 于 Pf 并 垂 直 于 Vf 方 向 上 测 量 的吃刀量。（垂直 于铣刀轴线测量的 切削层尺寸。）
通常以ψ =δ/2时的切削厚度作为平均切削厚度则：
平均切削厚度为： hDav f z sin / 2
cos 1 2ae / do ae 1 cos sin / 2 2 do hDav f z ae do
切削层公称度bD宽切削刃参 加工作长度。 bD = ap

3、成形铣刀 铣刀的形状按照工件的廓形来设计，这种铣刀都叫成形铣 刀。除去成形铣刀以外，其实任何一类铣刀都可以看作是 端铣刀和周铣刀的组合，从原理上看没有什么不一样。
铣刀旋转为主运动，工件或铣刀的移动为进给运动。
可加工平面、台阶面、沟槽、成形面等，多刃切削效率高。
铣削特点（精度IT8-IT9）
1、螺旋角ω
圆柱铣刀的刃倾角λs就是铣刀的 螺旋角，即是在切削平面Ps中测量 的切削刃与基面的夹角。 它能使切削刃逐渐切入和切离工 件，而且同时工作齿数较多，故 能提高铣削过程的平稳性。
粗齿铣刀： β＝ 40°～ 45° 细齿铣刀： β＝ 30°～ 35°
圆柱铣刀的刀齿只有主切削 刃，无副切削刃，故无副偏角， 其主偏角为900 2、前角。为了便于制造，规定圆 柱铣刀的前角用法平面Pn前角γn表 示。检验时，通常测量γ0 与根据公 式求出的γ0比较。
二、端铣方式
端铣有对称铣与不对称逆铣、 不对称顺铣三种方式。 铣淬硬钢采用对称铣；铣碳钢和合金钢用不对称逆铣，减 小切入冲击，↑刀具寿命；铣不锈钢和耐热合金用不对称顺铣。

1）对称铣削（a图）
被铣工件安放在铣刀轴心移动轨迹的对称位置时， 称为对称铣削。把铣刀刀齿切入工件处和铣刀中心 的连线与铣刀轴心移动轨迹间的夹角，称为切入角 ；铣刀刀齿切出工件处和铣刀中心的连线与铣刀轴 心移动轨迹间的夹角，称为切出角。在切入角范围 内类似于逆铣，在切出角范围内相当于顺铣。对称铣
铸铁
钢 铸铁
0.15～0.25
0.1～0.20 0.15～0.30
工件材料 20 45 40Cr HT150
铣削速度（m/min） 高速钢铣刀 20～45 20～35 15～25 14～22 硬质合金铣刀 150～190 120～150 60～90 70～100
说明 1.粗铣时取小值，精铣时取 大值 2.工件材料强度和硬度高时 取小值，反之取大值。 3.刀具材料耐热性好取大值 ，耐热性差时取小值
（3）横向进给力 Fe : 作用于横向进给方向的分力。
主切削力可根据M= Fcdo /2求得，其他各力则可根据它 们与主切削力Fc的比值（见表）求得。
表 各铣削分力的比值
不对称铣 铣削条件 端 铣 ɑe=（0.4～0.8）do ƒz=0.1～0.2mm/z 比式 Ff/Fc Fv/Fc Fe/Fc 圆周铣削（立铣刀、盘铣 Ff/Fc 刀、圆柱铣刀和成形铣刀） Fv/Fc ɑe=0.05do ƒz=0.1～0.2mm/z 对称铣 0.3～0.4 0.85～0.95 0.5～0.55 逆铣 0.6～0.9 0.45～0.7 0.5～0.55 1.0～1.2 —— 0.2～0.3 0.35～0.40 （或0.28tanβ） 顺铣 0.15～0.30 0.9～1.00 0.5～0.55 0.80～0.90 0.75～0.80 0.35～0.40 （或0.28tanβ）
（a）圆周铣时，ae 为切削层深度。 （b）端铣时ae 为被加工表面宽度。
3.进给量fz、f、vf
每齿进给量fz，指铣刀每转过一齿相对于工件在进给运动方 向上的位移量。单位为mm/z 进给量f，指铣刀每转过一转时，工件与铣刀的相对位移量 ，单位为mm/r 进给速度vf ，每分钟铣刀相对工件的移动距离，单位为 mm/min v fn f Zn
1）断续切削：刀齿在切人和切出工件时会产生冲击（尤其是端铣）， 铣削力波动大，此外，bD与铣削力周期性变化，易引发工艺系统振动， 使加工表面质量等级降低。当振动的频率与机床的固有频率相同或成倍 数时，振动最为严重。另外，当高速铣削时，刀齿还要经受周期性的冷、 热冲击，容易出现裂纹和崩刃，使刀具耐用度下降。 2）多刀多刃切削 铣刀的刀齿多，切削刃的总长度大，有利于提高刀 具耐用度和生产率，优点不少。但也存在下述两个方面的问题：一是刀 齿容易出现径向跳动，这将造成刀齿负荷不等，磨损不均匀，影响已加 工表面质量；二是刀齿的容屑空间必须足够，否则会损坏刀齿。 3）半封闭式容屑形式 ：刀齿间空间有限，切屑被封闭在刀槽中，直至 刀齿完全脱离工件时才能将切屑排出。因此，要求刀槽有足够的容屑空 间。 4）切入过程 圆柱铣刀逆铣时，由于刀齿的切削刃钝圆半径rn的存在， 使刀齿都要在工件已加工表面上滑行一段距离之后才能切入工件基体。 在刀齿切入基体前的过程中，刀齿的刃口圆弧面推挤金属，实际工作前 角为负值，加剧了刃口与工件之间的摩擦，导致切削温度升高，表面冷 作硬化程度增加，刀齿磨损加快，已加工表面粗糙度增加。
1.合理选择铣刀刀片牌号：应选用韧性高、抗热裂纹敏 感性小，且具有较好耐热性和耐磨性的刀片材料。 2.合理选择铣刀切削用量：在一定加工条件下，存在一 个不产生破损的安全工作区域，如图所示。
tg n tg o cos
铣削钢件：γn =10°～ 20°；铣削铸铁件：γn =5°-15°。 3、后角。圆柱铣刀的后角是用正交平面后角αo表示。 粗加工： αo＝ 12°；精加工： αo＝ 16°
2. 面铣刀几何角度
面铣刀的一个刀齿，就相当于一把普通外圆车刀，角度 标注与车刀相同。
Qw a p ae v f a p ae f z z v dn d
10.3
铣 削 力
(一） 作用在铣刀刀齿上的铣削力
根据对刀具和铣削加工动力的影响可分为： （1）主切削力Fc 在铣刀圆周方向上的分力，又称切 向力或圆周力。消耗功率最多，是主切削力。 （2）垂直铣削力Fcn 在铣刀的半径方向上的分力，又 称径向力。一般不消耗功率，但会使刀杆弯曲变形。 （3）背向力（轴向力）Fp 它作用于铣刀的轴线方向。 Fcn 与Fp的大小对螺旋齿圆柱铣刀来说与螺旋角β（λs） 的大小有关；端铣刀的Fcn 与Fp则与主偏角κr和刃倾角λs 的大小有关。
圆柱铣刀切削力
端铣刀切削力
(二) 作用在工件上的铣削分力
Fc与Fcn 合力Fa可分解为Ff和FfN ：
根据对加工过程和机床的影响，按工作台运动方向分解： （1）纵向分力Ff：与工作台的纵向运动方向平行，又称进给
力，它消耗进给电机的功率。（其作用方向顺铣时与进给方 向一致；逆铣时与进给方向相反。 ） （2）垂直分力Ffn：作用在铣床工作台面的垂直方向上，由 于铣床这个方向上的刚度最低，当Fv大时，易引起振动。（ 其作用方向可能向下，将工件压向工作台，也可能向上，将 工件自铣床工作台抬起。 ）