教学单元7-铣削与铣刀

金属切削加工与刀具教学单元7：铣削与铣刀铣削工艺范围（熟悉）铣削时工件的装夹（熟悉）铣刀的种类及用途（掌握）铣刀的几何角度（熟悉）铣削力（掌握）铣削用量（掌握）铣削层参数（熟悉）铣削方式（掌握）铣削加工特点（掌握）铣刀的刃磨（了解）本章主要内容7.1

铣削加工任务引入如何选择铣刀?如何选择铣削用量和铣削方式？一、铣床

卧式升降台铣床外形结构机床运动工艺范围立式升降台铣床外形结构机床运动工艺范围二、铣削概述

铣削主要用于加工各种平面、沟槽、成形面，也可以加工内孔和切断铣刀的旋转运动是主运动，工件相对铣刀作直线或曲线运动为进给运动

三、铣削常用装夹方法1.用压板装夹2.用平口钳装夹3.用分度头装夹工件4.专用夹具装夹工件

直线进给式圆周进给式仿形进给式a）圆柱铣刀b）面铣刀c）槽铣刀d）两面刃铣刀e）三面刃铣刀f）错齿三面刃铣刀g）立铣刀h）键槽铣刀i）单角度铣刀j）双角度铣刀k）T形槽铣刀l）成形铣刀7.2铣刀的种类及用途1.圆柱铣刀

用于卧式铣床上加工宽度小于铣刀长度的狭长平面。刀齿分布在铣刀的圆周上，齿形分为直齿和螺旋齿两种2.面铣刀（端铣刀）

用于立式铣床上加工较大平面。主切削刃位于圆柱或圆锥表面上，端面切削刃为副切削刃3.立铣刀

用于铣削台阶面、小平面和沟槽，主要用于立式铣床。圆柱刀刃担负主要切削作用，端面刀刃担负修光作用一、按铣刀的种类分4.键槽铣刀

主要用于铣削轴上的键槽。键槽铣刀的端面刀刃延伸到中心，可以担负主要切削作用，作轴向进给，直接切入工件。还有半圆键槽铣刀，T形槽铣刀和燕尾槽铣刀等5.三面刃铣刀（盘铣刀）主要用在卧式铣床上加工台阶面和沟槽。它的圆柱刀刃担负主要切削作用，端面刀刃担负修光作用6.角度铣刀有单角和双角之分，用于铣削带角度的沟槽和斜面。单角铣刀圆锥切削刃为主切削刃，端面切削刃为副切削刃。双角铣刀两圆锥面上的切削刃均为主切削刃，分为对称双角和不对称双角铣刀7.锯片铣刀

用于加工深槽和切断工件，主要用于卧式铣床。在相同外径下，按照刀齿数量的多少，分为粗齿和细齿两种

8.成形铣刀

在通用的铣床上加工复杂形状的表面，并可获得较高的精度和表面质量。还有仿形用的指状铣刀二、按铣刀的结构分类整体式整体焊接式镶齿式可转位式三、按齿背加工形式分尖齿铣刀齿槽及齿背是用角度铣刀或成形铣刀铣削而成，使用中重磨后刀面。尖齿铣刀的齿背有直线、曲线和折线三种形式铲齿铣刀齿背用铲齿的方法加工而成。铣刀磨损后，沿前刀面重磨，重磨后铣刀刃形能保持不变，因此适用于切削廓形较复杂的铣刀，如成形铣刀等四、按铣刀的材料分类高速钢铣刀硬质合金铣刀陶瓷铣刀金刚石铣刀五、按刀齿数目分

粗齿铣刀的刀齿数较少，刀齿的强度和容屑空间较大，适用于粗加工细齿铣刀适用于半精加工和精加工六、按用途分加工平面用铣刀加工沟槽用铣刀加工成形面用铣刀

小结铣削加工范围工件装夹方式铣刀分类及各类铣刀特点一、圆柱铣刀基面pr是通过切削刃选定点并包含铣刀轴线的平面，并假定主运动方向与基面垂直；切削平面ps是通过切削刃选定点圆柱的切平面；正交平面po是垂直于铣刀轴线的端剖面7.3铣刀几何角度二、面铣刀面铣刀的几何角度是由刀齿安装到铣刀体后所具有的角度

1.前角的选择工件材料

铣刀材料

钢铸铁铝镁合金(MPa)（HBW）＜600≥600～1000＞1000≤150＞150高速钢铣刀20°15°10°～12°5°～15°5°～10°15°～35°硬质合金铣刀15°-5°～5°-15°～-10°5°-5°20°～30°铣削塑性材料时，前角选大些，铣削脆性材料时，可取小的前角高速钢铣刀韧性较好，可取较大前角，硬质合金铣刀应取小一些三、铣刀几何角度的选择2.后角的选择铣刀类型铣刀特征圆周齿端齿圆柱形铣刀和面铣刀细齿

粗齿和镶齿16°

12°8°双面刃和三面刃盘铣刀直细齿

直粗齿和镶齿螺旋细齿

螺旋粗齿和镶齿20°

16°

12°

12°6°立铣刀、角度铣刀D＜10mm

D=10~20mm

D＞20mm25°

20°

16°8°切槽铣刀、锯片铣刀—20°—高速钢铣刀可取大的后角，硬质合金铣刀取小些的后角

铣削塑性大、弹性变形大的材料，取较大的后角；铣削强度大，硬度高的材料取小些的后角3.主偏角的选择工艺系统刚度足够时，可选取较小的主偏角,提高生产率精铣宜取小的主偏角，以减小已加工表面的残留面积的高度，易获得带状切屑，减小Ra值铣削硬度大、强度高的材料应取小的主偏角，铣削塑性材料可取较大的主偏角4.副偏角的选取铣刀类型铣刀特征副偏角直径/mm宽度/mm面铣刀1°-2°1°-2°双面刃和三面刃铣刀40~600．6~0．80°15′＞0．80°30′切槽铣刀751~30°30′＞31°30′75~1101~20°30′＞21°切断铣刀（锯片铣刀）110~2002~30°15′＞30°30′5.刃倾角λs和螺旋角β选择粗铣时，可取负的刃倾角，以增加刀尖强度，精铣时取正的刃倾角，使切屑不向已加工表面排出高速钢铣刀强度较高、韧性好，一般用正的刃倾角，λs=-5°～15°硬质合金铣刀在切削量较大时，λs=-20°~-5°螺旋角的选择铣刀种类圆柱形铣刀立铣刀三面刃铣刀面铣刀粗齿细齿β40°～60°30°～45°20°～45°10°～20°10°～20°一、铣削用量四要素1.铣削速度υc

υc是铣刀切削刃选定点相对于工件主运动时的瞬时线速度，单位m/s

vc=πdn/600002.背吃刀量ap

ap是平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。对于圆柱铣刀，背吃刀量即为被加工表面的宽度；对于面铣刀，ap为切削层深度7.4铣削用量与切削层参数3.侧吃刀量ae指垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。圆周铣削时ae为切削层深度，端铣时ae为被加工表面宽度4.进给量fz、f和υf每齿进给量fz是铣刀每转一个刀齿时，工件与铣刀的相对位移量，单位为mm/z，是衡量铣削效率和铣刀性能的重要指标。每转进给量f是铣刀每转一转时，工件与铣刀的相对位移量，单位为mm/r。进给速度υf

是每分钟铣刀相对工件的移动距离，单位为mm/min。

υf=fn=fzzn5.铣削用量的选择进给量推荐值工件材料每齿进给量／（mm/z）粗铣精铣高速钢铣刀硬质合金铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀碳钢0.10～0.150.10～0.250.02~0.050.10~0.15铸铁0.12～0.200.15～0.30铣削速度推荐值工件材料硬度／HBW切削速度／（m/min）高速钢铣刀硬质合金铣刀碳钢<22518~4266~150225~32512~3654~120325~4256~2136~75铸铁<19021~3666~150190~2609~1845~901.切削厚度hD切削厚度hD是在基面中测量的相邻两个刀齿所形成的加工面之间的垂直距离在周铣中,

δ称接触角，

ψ为铣刀刀齿瞬时转角

hD=fzsinδhDmax=fzsinψ

在端铣中,对于对称铣削

hD=fzCosδsinКr二、切削层参数2.切削宽度bD

bD是在基面中测量的铣刀主切削刃工作长度端铣刀每齿的切削宽度bD与车刀情况类似bD=ap/sinkr螺旋齿圆柱铣刀加工时，由于存在螺旋角，从切入到切出，切削宽度逐渐增大，然后又逐渐减小，故切削过程平稳3.平均总切削面积AD小结铣刀几何角度铣削用量切削层参数一、铣削总切削力和分力

1.铣刀总切削力和分力

切向力Fy

总铣削力在铣刀主运动方向上的分力，消耗功率最多径向力Fx

假定工作平面内总铣削力在垂直于主运动方向上的分力，能引起刀杆弯曲变形轴向力Fz

总铣削力在垂直于假定工作平面上的分力

圆周铣削时，Fx和Fy

的大小与螺旋齿圆柱铣刀的螺旋角β有关；而端铣时，与面铣刀的主偏角Kr有关7.5铣削力和铣削方式(a)圆柱铣刀铣削力(b)面铣刀铣削力2.作用在工件上的铣削分力——按铣床工作台运动方向来分解

纵向分力Fe

与纵向工作台运动方向一致的分力，作用在铣床纵向进给机构上

横向分力Fc

与横向工作台运动方向一致的分力

垂直分力Fv

与铣床垂直进给方向一致的分力铣削时，作用在工件上的铣削分力和切向力Fy有一定比例

各铣削力之间比值铣削条件比值对称铣削不对称铣削逆铣顺铣端铣削ae=(0.4~0.8)dfz=0.1~0.2mm/zFe/Fy0.3~0.40.6~0.90.15~0.30Fv/Fy0.85~0.950.45~0.70.9~1.00Fc/Fy0.5~0.550.5~0.550.5~0.55圆柱铣削ae=0.05dfz=0.1~0.2mm/zFe/Fy—1.0~1.200.8~0.90Fv/Fy0.2~0.30.75~0.80Fc/Fy0.35~0.400.35~0.401.周铣法

——用铣刀圆周切削刃铣削平面逆铣顺铣二、铣削方式铣削方式的选择：顺铣多用于精加工，逆铣多用于粗加工加工有硬皮的铸件、锻件毛坯时应采用逆铣使用无丝杠螺母间隙调整机构的铣床加工时，用逆铣逆铣与顺铣2.端铣法——用端铣刀的端面刀齿加工平面

对称铣：切入切出切削厚度相同，铣淬硬钢采用

不对称逆铣：切入切削厚度小，切出切削厚度大，铣碳钢和合金钢用

不对称顺铣：切入切削厚度大，切出切削厚度小，铣不锈钢和耐热合金用3.周铣法与端铣法的比较端铣的加工质量比周铣高。端铣同周铣相比，铣削过程平稳；端铣的切削厚度虽小，但端铣刀的修光刃可修光已加工表面，使表面粗糙度Ra值减小端铣的生产率比周铣高。端铣的面铣刀直接安装在铣床主轴端部，系统刚性好，同时刀齿可镶硬质合金刀片，使生产率和工件已加工表面质量得到提高端铣的适应性比周铣差，端铣一般只用于铣平面，而周铣可采用多种形式的铣刀加工平面、沟槽和成形面等铣削时铣刀连续转动，并且允许较高的铣削速度，而且是多刃切削，因此具有较高的生产率铣削属于断续切削，切削厚度和面积随时在变化，切削力波动，引起铣削过程不平稳，易产生周期性振动铣刀的刀齿多，每个刀齿工作时间短，在空气中冷却时间长，故散热条件较好，有利于提高刀具耐用度和生产率铣削过程中，铣刀刀齿在工件表面滑动，使刀齿与工件产生很大的挤压和摩擦，刀齿后刀面磨损加剧，工件加工硬化现象严重，表面粗糙三、铣削特点四、铣刀的磨损高速钢铣刀后刀面磨损硬质合金铣刀后刀面磨损为主，前刀面有较小磨损（一）防止铣刀破损的措施1.合理选择铣刀刀片牌号2.合理选择铣削用量由下图可见，若选用低vc和小fz就会产生低速性崩刃；选用过高vc和过大fz

，就会产生高速性崩刃；只有合理地组合vc和fz才可能获得安全区3.合理安置工件与铣刀的相对位置和选择铣刀直径如下图所示，用面铣刀铣削平面时，工件侧面切削断面STUY在刀齿切入时，与刀齿前刀面初始接触点

刀齿前刀面与工件侧面的接触点（1）切入角φ的选定

根据实验结果，切入角φ对刀具寿命的影响，如下图所示切入角φ对刀具寿命的影响（2）铣刀直径d的选定对称铣削时，当工件铣削宽度ae已知，铣刀直径d不同，切入角φ就不同（如图所示）。由表可知，铣刀直径d愈大，切入角φ就愈小，根据上面分析，对铣刀有利

铣刀直径d与切入角φ的关系(当铣削宽度ae=100mm时)

最佳铣刀直径与铣刀安装位置的选择a)不对称顺铣b)对称铣削c)大尺寸铣刀对称铣削d)大直径铣刀不对称逆铣

δ—切入角，单位°；d—铣刀的直径，单位mm；K—铣