第十章__铣削与铣刀.

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。2、按齿背形式分类a)尖齿铣刀b)铲齿铣刀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。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。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）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。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:通过选定点并包含轴线的平面切削平面Ps:通过选定点并切于与切削刃相切，且垂直于的平面Pr。正交平面Po: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°1、螺旋角ω2、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。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°cosontgtg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。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-γp、后角-αp和进给方向的前角-γf、后角-αf。（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。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。）（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/minZnffnvzf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)1000/dnvc刀具材料参考进给量高速钢圆柱铣刀钢0.1～0.5铸铁0.12～0.20端铣刀钢0.04～0.06铸铁0.15～0.20三面刃铣刀钢0.04～0.06铸铁0.15～0.25硬质合金铣刀钢0.1～0.20铸铁0.15～0.30工件材料铣削速度（m/min）说明高速钢铣刀硬质合金铣刀2020～45150～1901.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4520～35120～15040Cr15～2560～90HT15014～2270～100黄铜30～60120～200铝合金112～300400～600不锈钢16～2550～100二、切削层参数（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。1.直齿圆柱铣刀sinzDfh切削厚度是一个随时变化的量。每一瞬间的值为：maxsinDzhf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：sin/2cos12/1cossin/22DavzeoeoeDavzohfadadahfd切削层公称度bD宽切削刃参加工作长度。bD=ap2.螺旋齿圆柱铣刀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。sinzDfhrzDfhsincosrpDabsin/pefpezwDavaavaafzQAvdnd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。3.端铣刀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。）（3）横向进给力Fe:作用于横向进给方向的分力。表各铣削分力的比值铣削条件比式对称铣不对称铣逆铣顺铣端铣ɑe=（0.4～0.8）doƒz=0.1～0.2mm/zFf/Fc0.3～0.40.6～0.90.15～0.30Fv/Fc0.85～0.950.45～0.70.9～1.00Fe/Fc0.5～0.550.5～0.550.5～0.55圆周铣削（立铣刀、盘铣刀、圆柱铣刀和成形铣刀）ɑe=0.05doƒz=0.1～0.2mm/zFf/Fc——1.0～1.20.80～0.90Fv/Fc0.2～0.30.75～0.800.35～0.40（或0.28tanβ）0.35～0.40（或0.28tanβ）Fe/Fc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。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。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。（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。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用寿命十几倍，因此要重视铣削时工件的位置摆放。一.铣刀的磨损形式10.5铣刀的磨损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。3.合理选择工件与铣刀之间的相对位置：合理地选择面铣刀安装位置对减少面铣刀破损起着重要作用。图10-12面铣刀切入工件时，前面与工件的接触位置a)面铣刀刀齿切削面积b)δc)δ图10-13最佳铣刀直径与安装位置的选择a)不对称顺铣b)对称铣削c)大直径铣刀对称铣削d)大直径铣刀不对称铣削当被铣削工件的宽度已经给定时，面铣刀直径和安装位置的选择方案如下图所示。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃,它们可同时进行切削，也可单独进行切削。主切削刃一般为螺旋齿，可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。10.6常用尖齿铣刀的结构特点与应用一、立铣刀为了能加工较深的沟槽，并保证