金屬切削原理與刀具第八章銑刀課件

概述

銑削是使用多齒旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行切削加工的一種方法。銑刀的種類(lèi)繁多，但從結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上可看成是分布在圓柱體圓錐體和特形回轉(zhuǎn)體的外緣或端面上的切削刃或鑲裝上刀齒的多齒刀具。每一個(gè)刀齒相當(dāng)于一把車(chē)刀，其切削加工特點(diǎn)與車(chē)削加工基本相同。在銑削加工中，用圓柱銑刀和端銑刀銑削平面具有代表性，故在討論銑削原理何銑刀的幾何角度時(shí)以這兩種刀具為主。并介紹了幾種常見(jiàn)的尖齒銑刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和成形銑刀的廓形設(shè)計(jì)。8.1銑刀的種類(lèi)和用途銑刀是金屬切削刀具中種類(lèi)最多的刀具之一，屬于多齒刀具，其每一個(gè)刀齒都相當(dāng)于一把單刃刀具固定在銑刀的回轉(zhuǎn)表面上。銑刀可以按用途分類(lèi)，也可以按齒背形式分類(lèi)。圖8.3三面刃銑刀(a)

(b)

(c)

又稱(chēng)盤(pán)銑刀，刀體的圓周及兩側(cè)環(huán)形端面上均有刀齒，其圓周刀刃為主切削刃，側(cè)面是副切削刃，只對(duì)加工側(cè)面起修光作用。主要用于加工臺(tái)階面和一端或兩端貫穿的淺溝槽。有直齒（圖8.3a）斜齒（圖8.3b）之分，直徑較大的常采用鑲齒結(jié)構(gòu)（圖8.3c）。

5．立銑刀

一般有三到四個(gè)刀齒。用于加工平面、臺(tái)階、槽和相互垂直的平面，圓柱上的切削刃是主切削刃，端面上分布著副切削刃。工作時(shí)只能沿刀具的徑向進(jìn)給，而不能沿銑刀的軸線方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。。

用立銑刀銑槽時(shí)槽寬有擴(kuò)張，故應(yīng)取直徑比槽寬略小的銑刀。

8.1.2按刀齒齒背形式分1．尖齒銑刀

尖齒銑刀的特點(diǎn)是齒背經(jīng)銑制而成，并在切削刃后磨出一條窄的后刀面，銑刀用鈍后只需刃磨后刀面，上述銑刀基本為尖齒銑刀。2．鏟齒銑刀

鏟齒銑刀的特點(diǎn)是齒背經(jīng)鏟制而成，銑刀用鈍后僅刃磨前刀面，易于保持切削刃原有的形狀，因此適用于切削廓形復(fù)雜的銑刀，如成形銑刀。8.2.1銑刀的標(biāo)注角度參考系與車(chē)刀相似，由坐標(biāo)平面和測(cè)量平面組成，其基本坐標(biāo)平面有基面和切削平面。其中基面是通過(guò)切削刃選定點(diǎn)并包含銑刀軸線的平面，并假定與主運(yùn)動(dòng)方向垂直。切削平面是通過(guò)切削刃選定點(diǎn)的圓柱切平面。測(cè)量平面有端剖面，螺旋齒銑刀還有法剖面。如圖8.8所示8.2.2銑刀的幾何角度1．圓柱銑刀的幾何角度前角和后角都標(biāo)注在端剖面上（如圖8.9）。若是螺旋齒，還要標(biāo)注螺旋角β、法剖面前角γn和法后角αn三個(gè)參數(shù)。前角γo和法向前角γn兩者的關(guān)系為圓柱銑刀的主偏角為90°，無(wú)副偏角。圖8.8圓柱銑刀的幾何角度圖8.9面銑刀的幾何角度3．銑刀幾何角度的選擇（1）前角的選擇

工件材料σb（MPa）高速鋼銑刀硬質(zhì)合金銑刀鋼材＜60020°15°600～100015°-5°＞100012°～10°-（10°～15°）鑄鐵5°～15°-5°～5°根據(jù)刀具和工件的材料確定。一般小于車(chē)刀；高速鋼比硬質(zhì)合金刀具要大；塑性材料→前角↑；脆性材料→前角↓；強(qiáng)度↑、硬度↑→負(fù)前角。見(jiàn)下表8.1

（2）后角的選擇

銑刀的類(lèi)型后角值高速鋼銑刀粗齒12°細(xì)齒16°高速鋼鋸片銑刀粗、細(xì)齒20°硬質(zhì)合金銑刀粗齒6°～8°細(xì)齒12°～15°在銑削過(guò)程中，銑刀的磨損主要發(fā)生在后刀面上，采用較大的后角可以減少磨損；當(dāng)采用較大的負(fù)前角時(shí)，可適當(dāng)增加后角。具體數(shù)值可參考表8.2。（4）主偏角與副偏角的選擇

常用的主偏角有45°、60°、75°、90°。工藝系統(tǒng)的剛性好，取小值；反之，取大值。副偏角一般為5°～10°。圓柱銑刀只有主切削刃，沒(méi)有副切削刃，因此沒(méi)有副偏角。主偏角為90°。8.3銑削基本規(guī)律銑削是使用多齒刀具進(jìn)行切削的一種加工方法，其生產(chǎn)率高、應(yīng)用非常廣泛。但屬于斷續(xù)切削，在刀齒切出和切入時(shí)有沖擊，故應(yīng)根據(jù)其加工特點(diǎn)綜合各方面的因素合理的選擇切削用量和銑削方式。8.3.1銑削要素與切削層參數(shù)1．銑削要素機(jī)床選用的銑削參量

（1）銑削速度

（2）進(jìn)給量

銑刀刀齒切削處的線速度

①每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f

②每齒進(jìn)給量af

③進(jìn)給速度νf

圖8.10銑削要素2．切削層參數(shù)（1）切削層厚度hD

在銑削過(guò)程中，切削厚度是不斷變化的。圓周銑削逆銑（圖8.11）時(shí)，任意點(diǎn)的切削厚度可以按此式計(jì)算：

面銑刀銑削時(shí)，刀齒的切削厚度在剛切入工件時(shí)為最小，切入中間位置時(shí)最大，以后又逐漸減小。如圖8.12任意點(diǎn)的切削厚度可以按此式計(jì)算：圖8.11圓柱銑刀的切削厚度圖8.12面銑刀的切削厚度圖8.13螺旋齒圓柱銑刀的切削寬度3．銑削用量的選擇應(yīng)當(dāng)根據(jù)工件的加工精度、銑刀的耐用度及機(jī)床的剛性，首先選定背吃刀量，然后選取進(jìn)給量，最后確定銑削速度。

（1）背吃刀量的選擇

應(yīng)視工藝系統(tǒng)的剛度和已加工表面的精度、表面粗糙度而定。（2）進(jìn)給量和切削速度

①粗加工時(shí)，根據(jù)工藝系統(tǒng)剛性及刀具耐用度來(lái)選擇。②半精加工時(shí)，選擇較小的每齒進(jìn)給量，較大的切削速度（參見(jiàn)表8.5）③精加工宜選擇較小的每齒進(jìn)給量和較大的銑削速度進(jìn)行銑削。8.3.3銑削方式1．端銑的銑削方式（見(jiàn)圖8.15）（1）對(duì)稱(chēng)銑：銑刀軸線位于銑削弧長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)中心位置，即切入、切出時(shí)切削厚度相同時(shí)為對(duì)稱(chēng)銑。（2）不對(duì)稱(chēng)逆銑：若切入時(shí)切削厚度小于切出時(shí)切削厚度為不對(duì)稱(chēng)逆銑。

（3）不對(duì)稱(chēng)順銑：若切入時(shí)切削厚度大于切出時(shí)切削厚度為不對(duì)稱(chēng)順銑。（a）對(duì)稱(chēng)銑；（b）不對(duì)稱(chēng)逆銑；（c）不對(duì)稱(chēng)順銑圖8.15端銑的三種方式2．圓周銑的銑削方式逆銑

銑刀切入工件時(shí)的切削速度方向與工件的進(jìn)給方向相反。刀齒的切削厚度從零逐漸增大。當(dāng)接觸角大于一定數(shù)值時(shí)，容易使工件的裝夾松動(dòng)而引起振動(dòng)。但銑削過(guò)程比較平穩(wěn)。（圖8.16a）順銑

銑刀切入工件時(shí)的切削速度方向與工件的進(jìn)給方向相同。刀齒的切削厚度切入時(shí)最大，而后逐漸減小。會(huì)使工作臺(tái)帶動(dòng)絲杠出現(xiàn)竄動(dòng)，如采用順銑，必須要求銑床工作臺(tái)進(jìn)給絲杠螺母副有消除間隙的裝置。（圖8.16b）圖8.16周銑的兩種方式8.4尖齒銑刀

尖齒銑刀是普通銑刀中應(yīng)用較多的刀齒結(jié)構(gòu)，它的齒槽是用單角度銑刀或雙角度銑刀銑削而成。新銑刀的前刀面和后刀面均需用砂輪刃磨。當(dāng)銑刀用鈍后需重磨后刀面。8.4.1尖齒銑刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)1．銑刀直徑直徑d是銑刀的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)

銑刀直徑↑---孔徑↑----刀心軸強(qiáng)度和剛度↑---工作平穩(wěn)---表面粗糙度↓；刀體大---散熱條件好---耐用度↑---容屑空間↑---易于排屑。但銑刀直徑↑↑---刀具材料的消耗↑---銑削轉(zhuǎn)矩↑---動(dòng)力消耗↑---容易引起振動(dòng)。選擇銑刀直徑的基本原則是：在保證刀桿剛度的前提下，選擇較小的直徑。

2．銑刀刀齒和齒槽形狀尖齒銑刀的刀齒和齒槽形狀，應(yīng)保證銑刀有足夠的強(qiáng)度和充裕的容屑空間較多的重磨次數(shù)。常用的有三種刀齒齒背形式，如圖8.17所示：(a)直線形齒背；(b)折線形齒背；(c)曲線形齒背圖8.17尖齒銑刀的齒背形式8.4.2幾種常用尖齒銑刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1．立銑刀如圖8.18所示，其在圓柱面上的切削刃是主刀刃，端面上的切削刃是副刀刃，主刀刃上螺旋角的作用與圓柱銑刀的螺旋角相似，一般取β=30°～45°。另常在副刀刃的前刀面上磨出寬為0.4～1.5mm，前角約為6°的棱邊。立銑刀有粗齒細(xì)齒和直柄錐柄之分。粗齒齒數(shù)一般取3～4個(gè)齒，細(xì)齒齒數(shù)一般為5、6、8齒。圖8.18立銑刀2．鍵槽銑刀用于銑削圓頭封閉鍵槽，如圖8.19所示。圓柱面和端面上都有刀齒，端刃為完整刃口，齒數(shù)少，螺旋角小。工作時(shí)可以縱向進(jìn)給，也可以軸向進(jìn)給。圖8.19鍵槽銑刀3．直齒三面刃銑刀兩側(cè)面上的前角等于零，圓周前刀面與端齒前刀面連成一個(gè)平面，一次銑成和刃磨，圓周刀齒和端面刀齒留有凸起的棱邊，便于刃磨，且可保持棱邊的寬度不變。除直齒外，還有錯(cuò)齒三面刃銑刀和鑲齒三面刃銑刀。8.5成形銑刀刃形按工件廓形設(shè)計(jì)。使成形銑刀能較容易地實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜表面的加工，并能得到較高的加工精度和表面質(zhì)量，而且，生產(chǎn)率極高。8.5.1成形銑刀的鏟齒1．對(duì)成形銑刀的刃磨要求

沿前刀面重磨后，要求刀齒的刃形不變，后角基本不變。2．成形銑刀的鏟齒過(guò)程

銑刀繞鏟齒車(chē)床主軸作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鏟刀在阿基米德曲線凸輪控制下向銑刀軸線等速推進(jìn)。因此鏟刀切削刃上的任一點(diǎn)相對(duì)銑刀的運(yùn)動(dòng)軌跡為阿基米德螺旋線，即鏟刀鏟出的成形銑刀的齒背曲線為阿基米德螺線。當(dāng)銑刀轉(zhuǎn)過(guò)δo角時(shí)，凸輪則轉(zhuǎn)過(guò)φo角，鏟刀鏟出一個(gè)刀齒的齒背。當(dāng)銑刀再轉(zhuǎn)過(guò)δ1角時(shí)，凸輪則轉(zhuǎn)過(guò)φ1角，鏟刀快速?gòu)?fù)位（圖8.21）圖8.21成形銑刀的鏟齒過(guò)程8.5.2鏟齒成形銑刀的鏟削量和后角1．鏟削量鏟刀每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒間角ε，鏟刀沿半徑方向前進(jìn)的距離稱(chēng)為鏟削量，用K表示。2．后角阿基米德齒背上任一點(diǎn)M處的后角α?M，可用右式計(jì)算計(jì)算：新刀齒頂處的后角α?α切削刃上半徑為Rx的任一點(diǎn)x處的端面后角α?x圖8.22成形銑刀的后角成形銑刀切削刃上任意一點(diǎn)應(yīng)有足夠的法向后角如圖8.23所示：不得小于2°～3°。圖8.23成形銑刀的法向后角3．主后角過(guò)小的改善措施（1）增大頂刃后角α?

；（2）斜置工件（a）；（3）斜向鏟齒（b）；（4）磨出凹槽或副偏角；另外還可適當(dāng)?shù)男薷那邢魅械男螤睿╟）。8.5.3成形銑刀的廓形設(shè)計(jì)圖可求出刀齒廓形上E1點(diǎn)的高度h1′：

而故其中

由上式求出θ之后，代入式即可求出刀齒廓形上E1點(diǎn)的高度h1′。該點(diǎn)的寬度，b1為工件的端面廓形上與點(diǎn)E1對(duì)應(yīng)的點(diǎn)1的寬度。圖8.25鏟齒成形銑刀的刀齒廓形計(jì)算成形銑刀的刀刃廓形計(jì)算。根據(jù)圖示求出E1′點(diǎn)的高度h1∥為

E1′點(diǎn)的寬度類(lèi)似的可求出銑刀的刀刃廓