面铣刀受力分析及应用选型原则

1、面铣刀受力分析及应用选型原则,冷工艺研究部 2015.05,.,目录： 1.常用各类面铣刀的特点； 2.工艺参数对切削力的影响； 3. 阶梯面铣刀工作原理介绍； 4.粗加工阶梯面铣刀的结构特点介绍； 5.粗加工阶梯面铣刀的进一步优化设想； 6.刀具设计思路总结； 7.实际切削情况介绍,面铣刀受力分析及应用选型原则,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,1.常用各类面铣刀的特点：,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,1.1 90度主偏角面铣刀 Kr=90铣刀只用于铣削浅的凸和槽，一般不用作面加工，因为此时基面内的切削合力理论上等于铣刀径向力，振动大。 1.2 75度主偏角面铣刀 Kr=75铣刀，铣刀径

2、向分力比90铣刀减少4%，工作刀刃长度与切削深度比合适 ，主要用于粗加工和半精加工。 1.3 60度主偏角面铣刀 Kr=60铣刀，铣刀径向分力比90铣刀减少14%，另一方面，同样直径的铣刀主偏角越小，刀体重量越大，转动惯量大，因此抗振性有较大的改善，打刀频率比75铣刀低，在切深不变时，主偏角小的铣刀工作主切削刃长，负载较为分散，刀具寿命提高（与75铣刀相比），主要用于粗加工。 1.4 45度主偏角面铣刀 Kr=45铣刀，铣刀径向分力比90铣刀减少30%，因此抗振性是前三种刀具都无法比的，刀具寿命也高，这种铣刀比较适合工艺系统刚性差的情况。但45度刀盘切深受影响，不适用于大余量零件的切削加工。（

3、国外面铣刀大多为45度主偏角刀盘） 主偏角在30-60度内增大，主切削力Fc减小，实验表明主偏角在60-70度间，主切削力Fc最小，之后随着角度的增大，主切削力Fc也随之增大。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,2.工艺参数对切削力的影响：,影响切削过程变形和摩擦的因素都影响切削力，其中主要包括：背吃刀量ap与进给量f、切削速度Vc。 2.1.背吃刀量ap与进给量f ap和f增大，使切削力Fc增大，但两者影响程度是不同的，若f不变，由于ap增加一倍，使切削宽度bD和切削层横截面积也随之增大一倍，则由于切削变形和摩擦的影响，使切削力增加一倍；若进给量增大一倍，由于摩擦和变形并不成倍增加，因此，切

4、削力增加较少，实验表明约增加70%80%。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,ap和f对切削力Fc的影响规律用于指导生产实践具有重要作用，如果相同的切削层面积，切削效率相同，增大进给量与增大背吃刀量相比，前者既减小了切削力又节省了功率的消耗；如果消耗相等的机床功率，则在表面粗糙度允许的情况下选用更大的进给量切削，可切除更多的金属层，获得更高的生产效率。 2.2切削速度Vc 切削速度Vc与主切削力Fc的对应关系曲线如下图示： 加工塑性金属时，在中速和高速下，切削力一般随着切削速度的增大而减小（低速19时的现象是由于积屑瘤导致刀具前角增大而造成的）。 加工脆性金属时（如铸铁、铸铜），因其塑性变形很

5、小，切削速度Vc对切削力没有显著影响。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,3.阶梯面铣刀工作原理介绍:,3.1分段切削原理 阶梯式面铣刀是基于分段切削原理，将铣刀齿分成几组，每组齿在端面上伸出长度递减，而在径向上递增。如下图：,注：图中两刀片阶梯铣削与用一刀片铣削比较，在相同切削深度下，阶梯铣削所需切削功率较小。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,在相同的金属切除率情况下，阶梯面铣刀比普通的面铣刀切削功率要小，因为切削层的深度减少，厚度增加，单位切削力减少，在切削面积不变的情况下，总切削力大大减小。故适合余量大而机床功率又不足的平面铣削。同时阶梯面铣刀抗振性也好，也适合工艺系统刚性较差的加工环

6、境。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,4.粗加工阶梯面铣刀的结构特点介绍: 重切削的特点：切削余量大，毛坯状况恶劣、易硼刃。 刀具的设计要点：减少铣削力，增加切削平稳性，刀片的强抗冲击性 4.1刀具几何参数的选取： 4.1.1正的轴向前角（轴向8度、正常0度），使卷屑好，排屑顺畅，被加工表面质量得到改善，同时抗振性能好； 4.1.2负的径向前角（-12度），减少功率、保护刀尖（刀尖不直接切入），使刀齿切入时，首先与工件接触的点远离刀尖，因而刃口强度得到增强，这种前角的组合，适宜加工中等强度钢和铸铁，在大余量切削时，更可显其优越性。 面铣刀切入工件时，前面与工件的接触点可能是S、U区域范围内的

7、某一点，为了增强刀齿的抗冲击能力，减少刀齿破损现象，希望开始接触点在U点而不在S点。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,机夹面铣刀每个刀齿安装在刀体上之前，相当于一把车刀。为了获得所需的切削角度，使刀齿在刀体中径向倾斜f角、轴向倾斜p角。若已确定刀片的前角、刃倾角和主扁角则可换算出f 和p。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,机夹面铣刀的前角f 和p有三种组合： 正前角型、负前角型和正负前角型。 1）.正前角型 f 和p均为正值，其特点是切削轻快、排屑容易，但切削刃强度差。适合轻加工。（国外刀具大多是这种形式） 2）.负前角型 f 和p均为负值，适用于粗铣铸钢和高强度钢，但铣削时切削力大，功率

8、消耗多，机床的动力和刚性要足够。 3）.正负前角型 正负前角型综合了上述两类铣刀的优点，既保证刀刃具有足够的耐冲击性能，又不致使切削力过大 4.2刀片采取分组阶梯结构排列形式，主要是为了降低切削功率，满足在较大切深情况下的快速进给，减少走刀次数。 4.3刀具结构：采用刀座，定位块、契压式，具有结构可靠，保护刀体，增大容屑空间的作用。 4.4刀片无主后角（切削后角在刀体上形成），目的是保证刃口强度，增加所用刃数。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,5.粗加工阶梯面铣刀的进一步优化设想: 5.1减少轴向错齿量。 5.2增大径向错齿量。 5.3改进定位块的弧度尺寸、提高耐磨度、减少摩擦力。 5.4进一步优化刀片材质，提高抗冲击性和耐用度。,.,面铣刀受力分析及应用选型原则,6.刀具设计思路总结: 6.1加大进给量而不是单纯地加大切削深度来获取最大的金属去除率。