第八章 铣刀

制作：赵冬晗制作：赵冬晗概述概述8.1 铣刀的种类和用途铣刀的种类和用途 铣刀是金属切削刀具中种铣刀是金属切削刀具中种类最多的刀具之一，属于多齿类最多的刀具之一，属于多齿刀具，其每一个刀齿都相当于刀具，其每一个刀齿都相当于一把单刃刀具固定在铣刀的回一把单刃刀具固定在铣刀的回转表面上。铣刀可以按用途分转表面上。铣刀可以按用途分类，也可以按齿背形式分类。类，也可以按齿背形式分类。图图8.3三面刃铣刀三面刃铣刀(a)(b)(c)又称盘铣刀，刀体的圆周及两侧环形端面上均有刀齿，其圆又称盘铣刀，刀体的圆周及两侧环形端面上均有刀齿，其圆周刀刃为主切削刃，侧面是副切削刃，只对加工侧面起修光周刀刃为主切削刃，侧面是副切削刃，只对加工侧面起修光作用。主要用于加工台阶面和一端或两端贯穿的浅作用。主要用于加工台阶面和一端或两端贯穿的浅 沟槽。有沟槽。有直齿（图直齿（图8.3a）斜齿（图）斜齿（图8.3b）之分，直径较大的常采用镶）之分，直径较大的常采用镶齿结构（图齿结构（图8.3c）。）。5立铣刀立铣刀 一般有三到四个刀齿。一般有三到四个刀齿。用于加工平面、台阶、用于加工平面、台阶、槽和相互垂直的平面，槽和相互垂直的平面，圆柱上的切削刃是主圆柱上的切削刃是主切削刃，端面上分布切削刃，端面上分布着副切削刃。工作时着副切削刃。工作时只能沿刀具的径向进只能沿刀具的径向进给，而不能沿铣刀的给，而不能沿铣刀的轴线方向作进给运动。轴线方向作进给运动。用立铣刀铣槽时槽宽有扩张，故应取直用立铣刀铣槽时槽宽有扩张，故应取直径比槽宽略小的铣刀。径比槽宽略小的铣刀。8.1.2 按刀齿齿背形式分按刀齿齿背形式分1尖齿铣刀尖齿铣刀 2铲齿铣刀铲齿铣刀 8.2 铣刀的几何角度铣刀的几何角度8.2.1 铣刀的标注角度参考系铣刀的标注角度参考系 与车刀相似，由坐标平面和测量平面组成，与车刀相似，由坐标平面和测量平面组成，其基本坐标平面有基面和切削平面。其中基面其基本坐标平面有基面和切削平面。其中基面是通过切削刃选定点并包含铣刀轴线的平面，是通过切削刃选定点并包含铣刀轴线的平面，并假定与主运动方向垂直。切削平面是通过切并假定与主运动方向垂直。切削平面是通过切削刃选定点的圆柱切平面。测量平面有端剖面，削刃选定点的圆柱切平面。测量平面有端剖面，螺旋齿铣刀还有法剖面。如图螺旋齿铣刀还有法剖面。如图8.8所示所示 8.2.2铣刀的几何角度铣刀的几何角度1圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的主偏角为圆柱铣刀的主偏角为90，无副偏角，无副偏角。图图8.8 圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度2面铣刀的几何角度面铣刀的几何角度面铣刀的一个刀齿，相当于一把小车刀，其几何角度面铣刀的一个刀齿，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。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。（如图角四个基本角度。（如图8.9）注意注意在设计、制造、刃磨时，在设计、制造、刃磨时，还需要进给、切深剖面系还需要进给、切深剖面系中的有关角度，如图中的有关角度，如图8.9中的中的f、f。图图8.9 面铣刀的几何角度面铣刀的几何角度3铣刀几何角度的选择铣刀几何角度的选择（1）前角的选择）前角的选择 工件材料工件材料 b（MPa）高速钢铣刀高速钢铣刀硬质合金铣刀钢材材60060020156006001000100015-5100010001210-（1015）铸铁515-55根据刀具和工件的材料确定。一根据刀具和工件的材料确定。一般小于车刀；高速钢比硬质合金般小于车刀；高速钢比硬质合金刀具要大；塑性材料刀具要大；塑性材料前角前角；脆性材料脆性材料前角前角；强度；强度、硬度、硬度负前角。见下表负前角。见下表8.1（2）后角的选择）后角的选择 铣刀的类型铣刀的类型后角值后角值高速高速钢铣刀刀粗粗齿12细齿16高速高速钢锯片片铣刀刀粗、粗、细齿20硬硬质合金合金铣刀刀粗粗齿68细齿1215在铣削过程中，铣刀的磨损主要发生在后刀面上，采在铣削过程中，铣刀的磨损主要发生在后刀面上，采用较大的后角可以减少磨损；当采用较大的负前角时，用较大的后角可以减少磨损；当采用较大的负前角时，可适当增加后角。具体数值可参考表可适当增加后角。具体数值可参考表8.2。铣刀铣刀类型类型螺旋齿圆柱铣螺旋齿圆柱铣刀刀立铣立铣刀刀三面三面刃、刃、两面两面刃铣刃铣刀刀粗齿粗齿细齿细齿螺旋螺旋角角4556060255303030045451552020（3）刃倾角的选择）刃倾角的选择 立铣刀和圆柱铣刀的外圆螺旋角立铣刀和圆柱铣刀的外圆螺旋角就是刃倾角就是刃倾角s。，实，实际前角际前角，切削刃锋利，切屑易于排出。铣削宽度较窄的铣，切削刃锋利，切屑易于排出。铣削宽度较窄的铣刀，增大刀，增大的意义不大，故一般取的意义不大，故一般取=0或较小的值。具体数或较小的值。具体数值参考下表值参考下表8.3：（4）主偏角与副偏角的选择）主偏角与副偏角的选择 8.3 铣削基本规律铣削基本规律8.3.1 铣削要素与切削层参数铣削要素与切削层参数1铣削要素铣削要素机床选用的铣削参量机床选用的铣削参量（1）铣削速度）铣削速度（2）进给量）进给量 铣刀刀齿切削处的线速度铣刀刀齿切削处的线速度 每转进给量每转进给量f 每齿进给量每齿进给量af 进给速度进给速度f（3）背吃刀量（铣削深度）背吃刀量（铣削深度）ap 通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，如图测量的吃刀量，如图8.10所示，它是平行于所示，它是平行于铣刀轴线方向度量的切削层尺寸。铣刀轴线方向度量的切削层尺寸。（4）侧吃刀量）侧吃刀量ae：在平行于工作平面并垂直于切削刃基点的进给运动在平行于工作平面并垂直于切削刃基点的进给运动方向上测量的吃刀量，如图方向上测量的吃刀量，如图8.10示，它是垂直于铣示，它是垂直于铣刀轴线方向和进给方向度量的切削层尺寸。刀轴线方向和进给方向度量的切削层尺寸。图图8.10 铣削要素铣削要素2切削层参数切削层参数（1）切削层厚度）切削层厚度hD 在铣削过程中，切削厚度是不在铣削过程中，切削厚度是不断变化的断变化的。圆周铣削逆铣（图圆周铣削逆铣（图8.11）时，）时，任意点的切削厚度可以按此式任意点的切削厚度可以按此式计算：计算：面铣刀铣削时，刀齿的切削厚面铣刀铣削时，刀齿的切削厚度在刚切入工件时为最小，切度在刚切入工件时为最小，切入中间位置时最大，以后又逐入中间位置时最大，以后又逐渐减小。如图渐减小。如图8.12任意点的切任意点的切削厚度可以按此式计算削厚度可以按此式计算：图图8.11 圆柱铣刀的切削厚度圆柱铣刀的切削厚度图图8.12 面铣刀的切削厚度面铣刀的切削厚度（2）切削层宽度）切削层宽度bD 主切削刃与工件切削层的主切削刃与工件切削层的接触长度即主切削刃实际接触长度即主切削刃实际参加切削的长度参加切削的长度 螺旋齿圆柱铣刀的切削层螺旋齿圆柱铣刀的切削层宽度随刀齿的位置而变化宽度随刀齿的位置而变化（图（图8.13）。）。直齿圆直齿圆柱铣刀柱铣刀 面铣刀面铣刀（3）切削面积）切削面积AD 常采用平均切削面常采用平均切削面积积ADav这一参数，这一参数，其计算公式是其计算公式是图图8.13 螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度3铣削用量的选择铣削用量的选择应当根据工件的加工精度、铣刀的耐用度及机床的刚性，首先选定背吃刀量，然后选取进给量，最后确定铣削速度。（1）背吃刀量的选择）背吃刀量的选择 应视工艺系统的刚度和已加工表面的精度、表面粗糙度而定。（2）进给量和切削速度）进给量和切削速度 粗加工时，根据工艺系统刚性及刀具耐用度来选择。半精加工时，选择较小的每齿进给量，较大的切削速度（参见表8.5）精加工宜选择较小的每齿进给量和较大的铣削速度进行铣削。8.3.2 铣削力及铣削功率铣削力及铣削功率1铣削分力铣削分力根据对刀具和铣削加根据对刀具和铣削加工动力的影响可分为工动力的影响可分为（1）主切削力）主切削力Fc（2）背向力）背向力Fp（3）轴向力轴向力Fa 按工作台运动方向分解：按工作台运动方向分解：（1）垂直分力）垂直分力Fv：（2）横向分力）横向分力Fe（3）纵向分力纵向分力Ff图图8.14 铣削力铣削力2铣削功率铣削功率有效切削功率有效切削功率8.3.3 铣削方式铣削方式1端铣的铣削方式（见图端铣的铣削方式（见图8.15）（1）对称铣：铣刀轴线位于铣削弧长的对称中心位）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。置，即切入、切出时切削厚度相同时为对称铣。（2）不对称逆铣：若切入时切削厚度小于切出时切）不对称逆铣：若切入时切削厚度小于切出时切削厚度为不对称逆铣。削厚度为不对称逆铣。（3）不对称顺铣：若切入时切削厚度大于切出时切）不对称顺铣：若切入时切削厚度大于切出时切削厚度为不对称顺铣。削厚度为不对称顺铣。（a）对称铣；）对称铣；（b）不对称逆铣；（）不对称逆铣；（c）不对称顺铣）不对称顺铣图图8.15 端铣的三种方式端铣的三种方式2圆周铣的铣削方式圆周铣的铣削方式逆铣逆铣 铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相反进给方向相反。刀齿的切削厚度从零逐。刀齿的切削厚度从零逐渐增大。当接触角大于一定数值时，容易渐增大。当接触角大于一定数值时，容易使工件的装夹松动而引起振动。但铣削过使工件的装夹松动而引起振动。但铣削过程比较平稳程比较平稳。（图。（图8.16a）顺铣顺铣 铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同进给方向相同。刀齿的切削厚度切入时最。刀齿的切削厚度切入时最大，而后逐渐减小大，而后逐渐减小。会使工作台带动丝杠。会使工作台带动丝杠出现窜动，如采用顺铣，必须要求铣床工出现窜动，如采用顺铣，必须要求铣床工作台进给丝杠螺母副有消除间隙的装置作台进给丝杠螺母副有消除间隙的装置。（图（图8.16b）图图8.16 周铣的两种方式周铣的两种方式8.4 尖齿铣刀尖齿铣刀 尖齿铣刀是普通铣刀中应用尖齿铣刀是普通铣刀中应用较多的刀齿结构，它的齿槽是用较多的刀齿结构，它的齿槽是用单角度铣刀或双角度铣刀铣削而单角度铣刀或双角度铣刀铣削而成。新铣刀的前刀面和后刀面均成。新铣刀的前刀面和后刀面均需用砂轮刃磨。当铣刀用钝后需需用砂轮刃磨。当铣刀用钝后需重磨后刀面。重磨后刀面。8.4.1 尖齿铣刀的结构参数尖齿铣刀的结构参数1铣刀直径铣刀直径直径直径d是铣刀的主要结构参数是铣刀的主要结构参数 选择铣刀直径的基本原则是：在保证刀杆刚度选择铣刀直径的基本原则是：在保证刀杆刚度的前提下，选择较小的直径。的前提下，选择较小的直径。2铣刀刀齿铣刀刀齿和齿槽形状和齿槽形状尖齿铣刀的刀齿和齿槽形状，应保证尖齿铣刀的刀齿和齿槽形状，应保证铣刀有足够的强度和充裕的容屑空间铣刀有足够的强度和充裕的容屑空间较多的重磨次数。常用的有三种刀齿较多的重磨次数。常用的有三种刀齿齿背形式，如图齿背形式，如图8.17所示：所示：(a)直线形齿背；直线形齿背；(b)折线形齿背；折线形齿背；(c)曲线形齿背曲线形齿背图图8.17 尖齿铣刀的齿背形式尖齿铣刀的齿背形式8.4.2 几种常用尖齿铣刀的结构特点几种常用尖齿铣刀的结构特点1立铣刀立铣刀图图8.18 立铣刀立铣刀2键槽铣刀键槽铣刀用于铣削圆头封闭键槽，如图用于铣削圆头封闭键槽，如图8.19所示。所示。圆柱面和端面上都有刀齿，端刃为完整刃圆柱面和端面上都有刀齿，端刃为完整刃口，齿数少，螺旋角小。工作时可以纵向口，齿数少，螺旋角小。工作时可以纵向进给，也可以轴向进给。进给，也可以轴向进给。图图8.19 键槽铣刀键槽铣刀3直齿三面刃铣刀直齿三面刃铣刀两侧面上的前角等于零，圆周前刀面与端齿前刀面连成一两侧面上的前角等于零，圆周前刀面与端齿前刀面连成一个平面，一次铣成和刃磨，圆周刀齿和端面刀齿留有凸起个平面，一次铣成和刃磨，圆周刀齿和端面刀齿留有凸起的棱边，便于刃磨，且可保持棱边的宽度不变。的棱边，便于刃磨，且可保持棱边的宽度不变。除直齿除直齿外，还外，还有错齿有错齿三面刃三面刃铣刀和铣刀和镶齿三镶齿三面刃铣面刃铣刀刀。8.5 成形铣刀成形铣刀 刃形按工件廓形设计。刃形按工件廓形设计。使成形铣刀能较容易地实现使成形铣刀能较容易地实现对复杂表面的加工，并能得对复杂表面的加工，并能得到较高的加工精度和表面质到较高的加工精度和表面质量，而且，生产率极高。量，而且，生产率极高。8.5.1成形铣刀的铲齿成形铣刀的铲齿1对成形铣刀的刃磨要求对成形铣刀的刃磨要求 沿前刀面重磨后，要求沿前刀面重磨后，要求刀齿的刃形不变，后角刀齿的刃形不变，后角基本不变。基本不变。2成形铣刀的铲齿过程成形铣刀的铲齿过程 图图8.21 成形铣刀的铲齿过程成形铣刀的铲齿过程8.5.2 铲齿成形铣刀的铲削量和后角铲齿成形铣刀的铲削量和后角1铲削量铲削量铲刀每转过一个齿间角铲刀每转过一个齿间角，铲刀，铲刀沿半径方向前进的距离称为铲沿半径方向前进的距离称为铲削量，用削量，用K表示。表示。2后角后角阿基米德齿背上阿基米德齿背上任一点任一点M处的后角处的后角M，可用右式，可用右式计算计算：计算计算：新刀齿顶处的新刀齿顶处的后角后角切削刃上半径为切削刃上半径为Rx的任的任一点一点x处的端面后角处的端面后角x图图 8.22 成形铣刀的后角成形铣刀的后角成形铣刀切削刃成形铣刀切削刃上任意一点应有上任意一点应有足够的法向后角足够的法向后角如图如图8.23所示：所示：不得小于不得小于23。图图8.23 成形铣刀的法向后角成形铣刀的法向后角3主后角过小的改善措施主后角过小的改善措施（1）增大顶刃后角增大顶刃后角；（2）斜置工件（斜置工件（a）；（；（3）斜向铲齿（斜向铲齿（b）；（；（4）磨出凹槽或副偏角磨出凹槽或副偏角；另外还；另外还可适当的修改切削刃的形状（可适当的修改切削刃的形状（c）。）。8.5.3 成形铣刀的廓形设计成形铣刀的廓形设计图可求出刀齿廓形上图可求出刀齿廓形上E1点的高度点的高度h1：而而故故其中其中 由上式求出由上式求出之后，代入式之后，代入式 即可求出刀齿廓形上即可求出刀齿廓形上E1点的高度点的高度h1。该点的宽度，。该点的宽度，b1为工件的端面为工件的端面廓形上与点廓形上与点E1对应的点对应的点1的宽度。的宽度。图图8.25 铲齿成形铣刀的刀齿廓形计算铲齿成形铣刀的刀齿廓形计算成形铣刀的刀刃廓形计算。成形铣刀的刀刃廓形计算。根据图示根据图示 求出求出E1点的高度点的高度h1为为 E1点的点的宽度度 类似的可求出铣刀的刀刃廓形上其他各点的坐标，类似的可求出铣刀的刀刃廓形上其他各点的坐标，从而完成了刀刃廓形计算。从而完成了刀刃廓形计算。小结小结