《金属切削原理及刀具》图文课件-ppt-第9章

1、第9章 铣刀9.1 铣刀的分类和用途19.2 铣刀的几何参数29.3 铣削原理 39.4 常用尖齿铣刀的结构和应用 4目 录9.1 铣刀的分类和用途 铣刀的种类繁多，其分类方法也较多。一般可按用途和结构形式分类，也可按齿背形式分类。1.按用途和结构形式分类 铣刀按其用途和结构形式可分为圆柱形铣刀、端铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、角度铣刀和成形铣刀，如图所示。按用途和结构形式分类的铣刀 1）圆柱形铣刀 圆柱形铣刀的切削刃呈螺旋状分布在圆柱表面上，其两端面无切削刃。它常用来在卧式铣床上加工平面。圆柱形铣刀多采用高速钢整体制造，也可以镶焊硬质合金刀条。 2）端铣刀 端铣刀的切削刃分布在

2、其端面上。切削时，端铣刀轴线垂直于被加工表面。它常用来在立式铣床上加工平面。端铣刀多采用硬质合金刀齿，故生产效率较高。3）盘形铣刀盘形铣刀包括槽铣刀、两面刃铣刀和三面刃铣刀，如图所示。盘形铣刀的种类 4）锯片铣刀 锯片铣刀实际上就是薄片槽铣刀，其作用与切断车刀类似，用于切断材料或铣削狭槽。 5）立铣刀 立铣刀的圆柱面上的螺旋切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。立铣刀可加工平面、台阶面和沟槽等，一般不能作轴向进给运动。用于加工三维成形表面的立铣刀，端部做成球形，称为球头立铣刀。其球面切削刃从轴心开始，也是主切削刃，可作多向进给运动。 6）键槽铣刀 键糟铣刀是铣制键槽的专用刀具。它仅有两个

3、刃瓣，其圆周和端面上的切削刃都可作为主切削刃，使用时先沿键槽铣刀轴向进给切入工件，然后沿键槽方向进给铣出全槽。为保证被加工键槽的尺寸，键槽铣刀只重磨端面刃，常用它来加工圆头封闭键槽。 7）角度铣刀 角度铣刀可分单角度铣刀和双角度铣刀。角度铣刀可用于铣削沟糟和斜面。 8）成形铣刀 成形铣刀用于加工成形表面。2.按齿背形式分类铣刀按其齿背形式可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀，如图所示。按齿背形式分类的铣刀 1）尖齿铣刀 尖齿铣刀的齿背是铣制而成的，并在切削刃后磨出一条窄的后刀面，用钝后仅需重磨后刀面。 2）铲齿铣刀 铲齿铣刀的齿背曲线是阿基米德螺旋曲线，是用专门铲齿刀铲制而成的，用钝后可重磨前刀面。当铣刀

4、切削刃为复杂廓形时，可保证铣刀在使用过程中廓形不变。目前多数成形铣刀为铲齿铣刀，它比尖齿成形铣刀容易制造，重磨简单。铲齿铣刀的后面如经过铲磨加工，可保证较高的耐用度和被加工表面质量。9.2 铣刀的几何参数9.2.1 铣刀的标注角度参考系圆柱形铣刀和端铣刀的辅助参考平面，如图所示。 圆柱形铣刀和端铣刀的辅助参考平面 9.2.2 铣刀的几何角度 1.圆柱形铣刀的几何角度 如图所示为圆柱形铣刀的几何角度。它包括螺旋角、法向前角、端面前角、法向后角和端面后角。圆柱形铣刀的几何角度1）螺旋角 螺旋角是螺旋切削刃展开成直线后与铣刀轴线（基面）间的夹角，相当于车刀的刃倾角s。它能使刀齿逐渐地切入和切离工件，

5、提高铣削的平稳性。增大螺旋角能使形成的螺旋形切屑沿着刀齿前刀面排出在容屑槽内，改善了切屑排出情况，同时也能增加实际切削前角，使切削轻快。一般取细齿圆柱形铣刀的螺旋角=3035，粗齿圆柱形铣刀的螺旋角=4045。2）法向前角和端面前角 法向前角n是在法平面内前刀面和基面间的夹角。端面前角o是在端平面内前刀面和基面间的夹角。对圆柱形铣刀而言，端平面相当于正交平面。制造铣刀时，须知n，而测量铣刀前角时，须知o。通常在图纸上只标注n，它和o之间的关系为tan n=tan o cos （9-1）3）法向后角和端面后角 法向后角n是在法平面内后刀面和切削平面间的夹角。端面后角o是在端平面内后刀面和切削平面

6、间的夹角。铣削时应选择较大的端面后角，通常取o=1216。一般情况下在图纸上只标注o。它和n的关系为tano=tan n cos （9-2）端铣刀的几何角度2.端铣刀的几何角度 端铣刀的几何角度如图所示。端铣刀的一个刀齿，就相当于一把普通外圆车刀，但其角度标注方法与车刀相同。 3.铣刀几何角度的合理选择 1）前角 铣刀的前角也是根据工件材料的性质来选择的，其原则与车刀前角的原则基本相同。 表9-1 铣刀前角的数值工件材料高速钢铣刀前角硬质合金铣刀前角钢0.589 GPa205120.589 GPa 0.981 GPa15550.981 GPa1012105铸铁51555 2）后角 铣刀后角主要

7、根据进给量的大小来选择。因铣刀进给量小，所以铣刀后角取大值，一般应比车刀后角值大。铣刀后角的数值见表9-2。铣刀种类铣刀后角的数值高速钢铣刀粗齿12细齿16高速钢锯片铣刀粗齿、细齿20硬质合金铣刀粗铣68精铣1215表9-2 铣刀后角的数值3）主偏角和副偏角硬质合金端铣刀的主偏角r和副偏角r推荐值如下：（1）铣钢时，r=6075，r=05。（2）铣铸铁时，r=4560，r=05。（3）采用槽铣刀和锯片铣刀时，r=90，r=151。（4）采用立铣刀和两(三)面刃铣刀时，r=90，r=1302。 4）刃倾角 圆柱形铣刀和立铣刀的螺旋角就是刃倾角，它影响了铣刀同时工作的齿数、铣削过程的平稳性和实际工

8、作前角等。 硬质台金端铣刀的刃倾角对刀尖强度影响较大，只有加工软钢及其他低强度材料时，才用正刃倾角。铣刀刃倾角的数值见表9-3。铣刀类型圆柱形铣刀硬质合金端铣刀两（三）面刃铣刀立铣刀键槽铣刀粗齿细齿40601551015253030451520表9-3 铣刀刃倾角的数值9.3 铣削原理9.3.1 铣削方式1.周铣 周铣是指利用分布在铣刀圆柱面上的切削刃来形成平面（或表面）的铣削方法。 周铣又分为两种铣削方式，即逆铣和顺铣，如图所示。逆铣和顺铣如图所示为逆铣、顺铣时的铣削分力作用方向。逆铣、顺铣时的铣削分力作用方向 1端铣时每齿切下的切削层厚度变化较小，因此，铣削力变化较小；周铣时每齿切下的切削

9、层厚度变化较大，因此，铣削力波动较大。2端铣时同时参加铣削的齿数较多，铣削过程较平稳。3端铣时，由于主切削刃起切除作用，过渡刃和副切削刃起修光作用，故加工表面质量较好；周铣时，仅由主切削刃形成已加工表面，故加工表面质量较差。4端铣刀便于采用机夹硬质合金刀片，主轴刚性较好，可进行高速铣削。2.端铣端铣又可分为对称铣和不对称铣。对称端铣与不对称端铣9.3.2 铣削要素和切削层参数1.铣削要素铣削时，必须选择下列铣削用量要素，如图所示。铣削要素1）背吃刀量 背吃刀量是指待加工表面和已加工表面间的垂直距离，用 符号 表示，单位为mm。2）铣削宽度 铣削宽度是指垂直于铣削深度和走刀方向测量的切削层尺寸，

10、用 符号 表示，单位为mm。3）每齿进给量 每齿进给量是指铣刀每转过一个刀齿时，工件与铣刀沿走刀方向的相对位移，用 符号表示，单位为mm/z。4）每转进给量 每转进给量是指铣刀每转一周时，工件与铣刀沿定刀方向的相对位移，用 符号表示，单位为mm/r。 5）进给速度 进给速度是指铣刀切削刃基点相对工件的进给运动的瞬时速度，单位为mm/min。三者之间的关系为 （9-3） 式中，为铣刀齿数。 6）铣削速度 铣削速度是指铣刀旋转运动的线速度，用符号表示，单位为m/min。它和铣刀转速n之间的关系为 （9-4） 式中，为铣刀直径（mm）。2.铣削层参数1）切削层厚度 切削层厚度是切削层公称厚度的简称，

11、是指铣刀上相邻两个刀齿所形成的切削表面间的垂直距离，用符号hD表示。无论是周铣还是端铣，铣削时的切削层厚度都是变化的，如图所示。铣削时切削层厚度的变化 （1）在周铣中。如图所示，=i时，hD最大。因此，周铣时切削层厚度的计算公式为 （9-5） （9-6） 式中，为铣刀刀齿瞬时转角（）；i为铣刀接触角度（）。周铣时切削厚度的计算（2）在端铣中。如图所示，当=0时，hD最大；当=i时，hD最小。因此，端铣时切削层厚度的计算公式为端铣时切削层厚度的计算 2）切削层宽度 切削层宽度是切削层公称宽度的简称，其定义与车削相同，在基面中测量，用符号bD表示。直齿圆柱形铣刀的切削层宽度等于背吃刀量(铣削深度)

12、，即bD=ap。端铣刀的单个刀齿类似于车刀，因此，其切削层宽度bD=ap/sin r。 螺旋齿圆柱形铣刀的一个刀齿，不仅其切削层厚度随刀齿的不同位置而变化，而且其切削宽度也随刀齿的不同位置而变化。如图所示，螺旋齿圆柱形铣刀同时切削的齿数有三个。hD1、hD2、hD3为三个刀齿同时切得的最大切削层厚度；bD1、bD2、bD3表示三个刀齿不同的切削层宽度。从图中可知，对一个刀齿而言，在刀齿切入工件后，切削层宽度由零逐渐增大到最大值，然后又逐渐减小至零，即无论刀齿切入还是切出工件，都有一个平缓的量变过程，所以螺旋齿圆柱形铣刀比直齿圆柱形铣刀的铣削过程平稳。螺旋齿圆柱形铣刀的切削宽度3）切削层横截面积

13、 铣刀每个切削齿的切削层横截面积AD=hDbD。铣刀的总切削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层横截面积之和。但是，由于铣削时铣刀的切削层厚度、切削层宽度及工作齿数均随时间而变化，因而总切削面积AD也随时间而变化，使得计算较为复杂。为了计算简便，常采用平均切削层横截面积ADav这一参数，其计算公式为式中，Q为材料切除率（mm3/min）；ze为铣刀的工作齿数。9.3.3 铣削力和铣削功率圆柱形铣刀的铣削分力1.铣削力 铣削时，铣刀的每个刀齿都产生铣削力，每个刀齿所产生铣削力的合力即为铣刀的铣削力。每个刀齿和铣刀的铣削力一般为空间力，为了研究方便，可根据实际需要进行分解。如图所示，可将圆柱形铣

14、刀单个刀齿产生的铣削力分解为几个方向的分力。铣削力铣削力是铣削时总铣削力在主运动方向上的分力，即为作用于铣刀切线方向上消耗机床主要功率的力。垂直铣削力垂直铣削力是铣削时总铣削力在垂直于主运动方向上的分力，即为作用于铣刀半径方向上，能引起刀杆弯曲变形的力。轴向力轴向力作用于主轴方向上，且与刀齿所受轴向抗力大小相等、方向相反。铣削力Fc与垂直切削力FcN的合力Fa又可分解为下列两个分力：（1）进给力。进给力Ff是铣削时总铣削力在进给运动方向上的分力，即为作用于铣床工作台纵向进给方向上的力。（2）垂直进给力。垂直进给力FfN是铣削时总铣削力在垂直于进给运动方向上的分力，即为作用于铣床升降台运动方向上

15、的力。以上铣削力可写成 由于铣刀刀齿位置是随时变化的，因此，当铣刀接触角i不同时，各铣削分力的大小是不同的，即同理，端铣时，也可将铣削力按上述方法分解。表9-4 各铣削分力与铣削力的比值2.铣削力经验公式 铣削力通常是根据经验公式来计算的。铣削力的经验公式见教材表9-5和教材表9-6，使用条件改变时的修正系数见教材表9-7和教材表9-8。3.铣削功率 铣削功率Pc为铣削时所消耗的功率。铣削功率Pc的单位是kW，其计算公式为：9.4 常用尖齿铣刀的结构和应用 9.4.1 尖齿铣刀的主要结构及参数 1.圆柱形铣刀 如图所示为圆柱形铣刀的结构。它可分成粗齿和细齿两种。粗齿圆柱形铣刀具有齿数少、刀齿强

16、度高、容屑空间大、重磨次数多等特点，适用于粗加工。细齿圆柱形铣刀具有齿效多，工作平稳等特点，适用于精加工。圆柱形铣刀的结构 2.三面刃铣刀 1）直齿三面刃铣刀 直齿三面刃铣刀的直径d=63100 mm，宽度B=620 mm，它可分为型和型，如图所示。直齿三面刃铣刀的结构1圆周齿前面与端齿前面连接成一个平面，可一次铣成和刃磨，使工序简化。2圆周齿和端齿均留有凸起刃带，以便于刃磨和保证刃宽的一致性。3齿数略有减少，端齿长度略有缩短，减少了端齿的摩擦有利于提高加工表面光洁度。型与型相比，其主要特点如下： 2）错齿三面刃铣刀 如图所示的错齿三面刃铣刀 。与直齿三面刃铣刀相比，它具有切削过程平稳、切削力

17、小、排屑容易和容屑槽大等优点。其尺寸与直齿三面刃铣刀相同 错齿三面刃铣刀的结构 3）镶齿三面刃铣刀 如图所示为镶齿三面刃铣刀的结构。其直径d=80315 mm，宽度B=1224 mm。镶齿三面刃铣刀的刀体上开有5斜齿槽，带齿纹的楔形刀齿楔紧在刀体齿槽内。铣刀多次重磨后，其宽度变小，可将刀齿从刀体中取出移动一个距离以恢复其宽度尺寸。镶齿三面刃铣刀的结构 3.立铣刀 如图所示为立铣刀的结构。它可分为粗齿与细齿两种。立铣刀直径d=250 mm，其中，直柄立铣刀直径d=220 mm，锥柄立铣刀直径d=1450 mm。立铣刀的结构 4.键槽铣刀 如图所示为键槽铣刀的结构。它的铣刀直径d=240 mm。键

18、槽铣刀有两个刀齿，在圆柱面和端面上都有切削刃。由于齿数少，螺旋角小，端面切削刃的强度大，工作时键槽铣刀能沿铣刀轴线作进给运动。使用这种铣刀加工时，要作多次垂直进给和水平进给才能完成键槽的加工。键槽铣刀的结构 9.4.2 改进尖齿铣刀切削条件的主要途径 尖齿铣刀与铲齿铣刀相比，由于其寿命高，被加工表面质量好，所以除成形铣刀外一般铣刀均采用尖齿的齿背结构。 对尖齿铣刀的几何参数进行适当改进，能够改进尖齿铣刀切削条件，获得更好的工件表面加工质量，延长刀具使用寿命。 改进尖齿铣刀切削条件的主要途径包括增大刀齿螺旋角，采用分屑措施，增大容屑空间和提高刀齿强度，用硬质合金代替高速钢，以及立铣刀直柄化。1.增大刀齿螺旋角 对于圆柱形铣刀，采用螺旋刀齿可实现斜角切削，以减小铣削时的冲击。增大螺旋角可增加刀具的实际工作前角，减小刃口实际钝圆半径，从而减小切削变形和切削力，缩短切入过程，提高加工表面质量。但螺旋角的增大还受具体加工条件的制约，并非越大越好。2.采用分屑措施 铣刀切削刃采用分屑措施可减小切屑变形，有利于切屑