数控车削加工常用刀具结构(你真的了解铣刀结构吗？)

Posted 2023-05-27

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数控车削加工常用刀具结构(你真的了解铣刀结构吗？)

刀的分类、几何角度、铣削方式、选用原则以及铣削过程中常见问题的解决方法等方面了解一下。

铣刀是用于铣削加工、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。铣刀主要用于铣削上平面、台阶、沟槽、成形表面加工和切断工件等工艺。铣刀产品的几种常见形式如图4-1所示。

图4-1 铣刀类型

a）圆柱平面铣刀 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）成形铣刀

一、铣刀的分类

（一）按功能分类

1.圆柱形铣刀用于卧式铣床上加工平面，刀齿分布在铣刀的圆周上。按齿形分为直齿和螺旋齿两种。按齿数分为疏齿和密齿两种。螺旋齿与疏齿铣刀的齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；而密齿铣刀适用于精加工。

2.面铣刀用于立式铣床、卧式铣床或龙门铣床上加工平面。端面和圆周上均有刀齿。面铣刀也有粗齿和细齿之分，其结构有整体式、镶齿式和可转位式三种。

3.立铣刀用于加工沟槽和台阶面，刀齿在圆周和端面上，一般工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心端齿时，可轴向进给。

4.三面刃铣刀用于加工各种沟槽和台阶面，其两侧面和圆周上均有刀齿。

5.角度铣刀用于铣削成一定角度的沟槽，有单角铣刀和双角铣刀两种。

6.锯片铣刀用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。为了减少铣削时的摩擦，刀齿两侧有15′~1°的副偏角。

7.模具铣刀模具铣刀用于加工模具型腔或凸模成形表面。模具铣刀是由立铣刀演变而成的，按工作部分外形可分为圆锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。硬质合金模具铣刀用途非常广泛，除可铣削各种模具型腔外，还可代替手用锉刀和砂轮磨头清理铸、锻、焊工件的飞边，以及对某些成形表面进行光整加工等。该铣刀可装在风动或电动工具上使用，生产率和寿命比砂轮和锉刀提高数十倍。

8.齿轮铣刀按仿形法或无瞬心包络法工作的切齿刀具，根据形状的不同分为盘形齿轮铣刀和指形齿轮铣刀两钟。

9.螺纹铣刀通过三轴或三轴以上联动加工中心实现铣削螺纹的刀具。此外，还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀等。

（二）按产品结构分类

1.整体式刀体和刀齿制成一体。

2.整体焊齿式刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成，并钎焊在刀体上。

3.镶齿式刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头，也可以是焊接刀具材料的刀头。刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式铣刀；刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式铣刀。

二、铣刀的几何角度

铣刀的种类、形状虽多，但都可以归纳为圆柱铣刀和面铣刀两种基本形式，每个刀齿可以看作是一把简单的车刀，所不同的是铣刀回转、刀齿较多。因此只通过对一个刀齿的分析，就可以了解整个铣刀的几何角度。以面铣刀为例来分析铣刀的几何角度。面铣刀的标注角度如图4-2所示。面铣刀的一个刀齿，相当于一把小车刀，其几何角度基本与外圆车刀相类似，所不同的是铣刀每齿基面只有一个，即以刀尖和铣刀轴线共同确定的平面为基面。因此面铣刀每个刀齿都有前角、后角、主偏角和刃倾角四个基本角度。

（1）前角γο：前面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。

（2）后角αo：后面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。

（3）主偏角κr：主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。

（4）刃倾角λs：主切削刃与基面之间的夹角。

面铣刀在主剖面系中的有关角度如见图4-2所示，在设计、制造、刃磨时，还需要进给、背吃刀量剖面系中的有关角度，还有径向前角γf和轴向前角γp。

图4-2 面铣刀的几何角度

三、铣削方式

（一）端铣的铣削方式

用面铣刀加工平面时，依据铣刀与工件加工面相对位置（或称吃刀关系）的不同可分为三种铣削方式：对称铣、不对称逆铣和不对称顺铣，如图4-3所示。

图4-3 端铣的三种铣削方式

a）对称铣 b）不对称逆铣 c）不对称顺铣

1.对称铣铣刀轴线位于铣削弧长的对称中心位置，即切入、切出时切削厚度相同时为对称铣。这种铣削方式具有较大的平均切削厚度，在用较小的每齿进给量铣削淬硬钢时，为使刀齿超越冷硬层切入工件，应采用对称铣削。

2.不对称逆铣切入时切削厚度小于切出时切削厚度为不对称逆铣。铣削碳钢和一般合金钢时，采用这种铣削方式，可减小切入时的冲击，使硬质合金面铣刀的使用寿命提高一倍以上。

3.不对称顺铣切入时切削厚度大于切出时切削厚度为不对称顺铣。实践证明，不对称顺铣用于加工不锈钢和耐热合金时，可减少硬质合金的剥落磨损，可提高切削速度40%～60%。

（二）圆周铣的铣削方式

根据铣削时切削层参数变化规律的不同，圆周铣削有逆铣和顺铣两种形式。逆铣铣削时（见图4-4），铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相反，这种铣削方式称为逆铣。逆铣时，刀齿的切削厚度从零逐渐增大。刀齿在开始切入时，由于切削刃钝圆半径的影响，刀齿在工作表面上打滑、产生挤压和摩擦，使这段表面产生严重的冷硬层。至滑行到一定程度时（即切削厚度≥切削刃钝圆半径），刀齿才能切入工件。下一个刀齿切入时，又在冷硬层上挤压、滑行，使刀齿容易磨损，同时使工件表面粗糙度值增大。此外，逆铣加工时，当接触角大于一定数值时，垂直铣削分力向上，容易使工件的装夹松动而引起振动。

图4-4 圆周铣的逆铣

顺铣铣削时如图4-5所示，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，这种铣削方式称为顺铣。顺铣时，刀齿的切削厚度切入时最大，而后逐渐减小，避免了逆铣切入时的挤压、滑擦和啃刮现象，而且刀齿的切削距离较短。铣刀磨损较小，寿命可比逆铣时高2～3倍，已加工表面质量也较好。特别是铣削硬化趋势强的难加工材料效果更明显。前面作用于切削层的垂直分力始终向下，因而整个铣刀作用于工件的垂直分力较大，将工件始终压紧在夹具上，避免了工件的振动，安全可靠。

图4-5 圆周铣削的顺铣

四、铣刀选择的通用原则

1.铣刀的选择流程 一般考虑以下几个方面进行选择（见图4-6）：

（1）零件形状（考虑加工型面）：加工型面一般可为平面、深型、腔槽和螺纹等，不同加工型面使用的刀具不同，例如圆角铣刀可铣削凸曲面，但不能铣削凹曲面。

（2）材料：考虑其切削加工性、切屑成形、硬度和含有的合金元素等方面。刀具生产厂家一般将材料分为钢、不锈钢、铸铁、有色金属、高温合金、钛合金和硬质材料。

（3）加工条件：加工条件包括机床夹具工件系统稳定性刀柄装夹情况等。

图4-6 刀具选择流程图

（4）机床-夹具-工件系统稳定性：这需要了解机床的可用功率、主轴类型和规格、机床已使用的年限等，并且要结合刀柄长悬伸量及其轴向/径向圆跳动情况。

（5）加工类别及子类别：这包含方肩铣削、平面铣削、仿形铣削等需要结合刀具的特点应用进行选刀。

2. 铣刀几何角度的选择

（1）前角的选择。铣刀的前角应根据刀具和工件的材料确定。铣削时常有冲击，故应保证切削刃有较高的强度。一般情况下铣刀前角小于车刀切削前角；高速钢比硬质合金刀具要大；另外，在铣削塑性材料时，由于切削变形较大，应取较大的前角；铣削脆性材料时，前角应小些；在加工强度大、硬度高的材料时，还可采用负前角。前角的具体数值如表4-1所示。

表4-1 铣刀前角的参考值［单位：（°）］

（2）刃倾角的选择。立铣刀和圆柱铣刀的外圆螺旋角β就是刃倾角λ s。这使刀齿可以逐渐的切入和切出工件，提高铣削的平稳性。增大β，可以使实际前角增大，切削刃锋利，同时也使切屑易于排出。对于铣削宽度较窄的铣刀，增大螺旋角β的意义不大，故一般取β=0或较小的值。螺旋角β的具体数值如表4-2所示。

表4-2 铣刀外圆螺旋角参考值　　　　　　　　［单位：（°）］

（3）主偏角与副偏角的选择。面铣刀主偏角的作用及其对铣削过程的影响，与车刀主偏角在车削中的作用和影响相同。常用的主偏角有45°、60°、75°、90°，工艺系统的刚性好，取小值；反之，取大值，主偏角选择如表4-3所示。副偏角一般为5°～10°。圆柱铣刀只有主切削刃，没有副切削刃，因此没有副偏角，主偏角为90°。

表4-3 主偏角的选择