机械制造技术第4版李华.电子教案42962第5章节铣削加工

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1、,机械制造技术,第5章 铣削加工,高等教育出版社,Contents Page,目录页,04 铣削夹具,01 铣削加工概述,02 铣床,03 铣刀,Transition Page,过渡页,04 铣削夹具,01 铣削加工概述,02 铣床,03 铣刀,一、铣削加工的应用与特点 铣削加工是应用相切法成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上对平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面进行加工的一种切削加工方法，是目前应用最广泛的加工方法之一。铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，铣刀或工件沿坐标方向的直线运动或回转运动是进给运动。不同坐标方向运动的配合联动和不同形状刀具相配合，可以实现不同类型表面的加工。 铣

2、削加工可以对工件进行粗加工和半精加工。其加工精度可达IT9 IT7，精铣表面粗糙度可达Ra3.2 1.6 m。,5.1,车削加工概述,5.1,车削加工概述,5.1,车削加工概述,整体刀具的切削过程又有其特殊之处。主要表现在以下几个方面： （1）铣削加工效率高 由于多个刀齿参与切削，切削刃的作用总长度长，每个刀齿的切削负荷相同时，总的金属切除率就会明显高于单刃刀具切削的效率。 （2）断续切削 铣削时，每个刀齿依次切入和切出工件，形成断续切削，切入和切出时会产生冲击和振动。此外，高速铣削时刀齿还经受周期性的温度变化即热冲击的作用。这种热和力的冲击会降低刀具的寿命。振动还会影响已加工表面的粗糙度。

3、（3）容屑和排屑 由于铣刀是多刃刀具，相邻两刀齿之间的空间有限，处于半封闭状态，每个刀齿切下的切屑必须有足够的空间容纳并能够顺利排出，否则会造成刀具破坏。,5.1,车削加工概述,二、铣削要素 1. 铣削用量 如图所示，铣削用量包括背吃刀量ap、侧吃刀量ae、铣削速度vc 和进给量。根据切削刃在铣刀上分布位置不同，铣削可分为圆周铣削和端面铣削。切削刃分布在刀具圆周表面的切削方式称为圆周铣削；切削刃分布在刀具端面上的铣削方式称为端面铣。,5.1,车削加工概述,2. 切削层要素 （1）切削厚度 ac 由铣刀上相邻两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。 （2）切削宽度 aw 是主切削刃参加工作的

4、长度。 （3）切削层横截面积 Ac。,5.1,车削加工概述,三、铣削方式 1. 逆铣 如铣削时，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 ac 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，刀齿在工件表面上打滑，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，刀齿方能切下一层金属层。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。,5.1,车削加工概述,2. 顺铣 铣削时，铣刀切出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，刀齿的切削厚度从最大

5、逐渐递减至零，避免了逆铣时的刀齿挤压、滑行现象，已加工表面的加工硬化程度大为减轻，表面质量较高，刀具耐用度也比逆铣时高。同时，垂直方向的切削分力始终压向工作台，避免了工件的振动。,5.1,车削加工概述,3. 对称铣削与不对称铣削 端面铣削时，根据铣刀与工件相对位置的不同，可分为对称铣削、不对称逆铣和不对称顺铣。 铣刀轴线位于铣削弧长的对称中心位置，铣刀每个刀齿切入和切离工件时切削厚度相等，称为对称铣削；否则称之为不对称铣削。 在不对称铣削中，若切入时的切削厚度小于切出时的切削厚度，称为不对称逆铣；这种铣削方式切入冲击较小，适用于端铣普通碳钢和高强度低合金钢。若切入时切削厚度大于切出时的切削厚度

6、，则称为不对称顺铣。这种铣削方式用于铣削不锈钢和耐热合金时，可减少硬质合金的剥落磨损，提高切削速度40 60。,5.1,车削加工概述,四、铣削力 （1）主切削力 Fc 在铣刀圆周切线方向上的分力，又称切向力。消耗功率最多，是主切削力。 （2）背向力 Fp 在铣刀半径方向上的分力，又称径向力。一般不消耗功率，但会使刀杆弯曲变形。 （3）背向力 Fa 在铣刀轴线方向上的分力，又称轴向力。 根据铣削力对加工过程和机床的影响，按工作台运动方向分解： 纵向分力Ff 与纵向工作台运动方向一致的分力。 横向分力Fe 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。 切削力Fc

7、与工件材料、刀具材料、铣刀的形式以及铣削用量要素有关，可用有关手册经验公式进行计算。,5.1,车削加工概述,Transition Page,过渡页,04 铣削夹具,01 铣削加工概述,02 铣床,03 铣刀,一、普通铣床 升降台铣床是普通铣床中应用最广泛的一种类型。如图所示，它在结构上的特征是安装工件的工作台可在相互垂直的三个方向上调整位置，并可在各个方向上实现进给运动。 1. XA6132 型万能升降台铣床 XA6132 型铣床是目前最常用的铣床，机床结构比较完善，变速范围大，刚性好，操作方便， 其外形如左图所示。其与普通升降台铣床的区别在于工作台与升降台之间增加一回转盘，可使工作台在水平面

8、上回转一定角度。,5.2,铣床,（1）传动系统 该铣床主运动共有18 种不同的转速。其进给运动由单独的进给电动机驱动，经相应的传动链将运动分别传至纵、横、垂直进给丝杠，实现三个方向的进给运动。快速运动由进给电动机驱动，经快速空行程传动链实现。工作台的快速运动和进给运动是互锁的，进给方向的转换由进给电动机改变旋转方向实现。,5.2,铣床,（2）主轴结构 铣床主轴用于安装铣刀并带动其转动，由于铣削力是周期变化的，容易引起振动，因此要求主轴部件有较高的刚性及抗振性。,5.2,铣床,2. 其他铣床 （1）工作台不升降铣床 这类铣床的工作台不作升降运动，机床的垂直进给运动由安装在立柱上的主轴箱作升降运动

9、完成。工作台不升降铣床根据机床工作台面的形状可分为圆形工作台式和矩形工作台式两类。 （2）龙门铣床 龙门铣床是一种大型高效通用机床，、它在结构上呈框架式结构布局，具有较高的刚度及抗振性。在横梁及立柱上均安装有铣削头，每个铣削头都是一个独立的主运动部件，其中包括单独的驱动电机、变速机构、传动机构、操纵机构及主轴等部分。,5.2,铣床,（3）万能工具铣床 万能工具铣床的横向进给运动由主轴座的移动来实现，纵向及垂直方向进给运动由工作台及升降台的移动来实现。万能工具铣床除了能完成卧式铣床和立式铣床的加工外，配备固定工作台、可倾斜工作台、回转工作台、平口钳、分度头、立铣头、插削头等附件后，可大大增加机床

10、的工艺范围。它适用于工具、刀具及各种模具加工，也可用于仪器仪表等行业加工形状复杂的零件。,5.2,铣床,二、镗铣加工中心 1. 机床组成及特点 XH715A 型立式加工中心如图所示，它包括基础部件（床身、立柱）、主轴部件、自动换刀系统、XY 工作台部件、辅助装置和数控系统几部分，采用了机、电、气、液一体化布局。 该机床以镗铣削为主，配用日本FANUC0ME 或德国SIEMENS810M 等系统实现三坐标联动。其刀库容量为20 把刀，可在工件一次装夹后，按程序自动完成铣、镗、钻、铰、攻螺纹及三维曲面等多种工序的加工，主要适用于机械制造、汽车、电子等行业中加工批量生产的板类、盘类及中小型箱体、模具

11、等零件。,5.2,铣床,2. 机床传动系统 三个方向的进给采用伺服电动机驱动，经联轴器与滚珠丝杠直连，实现1 4 000 mm / min 进给速度和15 m / min 的快速移动速度。机床设有电气和机械双重超程保护装置。 主运动传动链采用交流主轴伺服电动机，可无级调速。为增大主轴的输出扭矩，主轴箱采用高精度的两挡齿轮变速传动，运动从电动机经过两对齿轮带动主轴旋转，实现了主轴的分段无级变速。,5.2,铣床,3. 主轴部件 前后支承采用专用主轴轴承组（NSK 轴承），具有较高的回转精度和支承刚度。轴承润滑采用高性能的润滑脂，以适应高转速的要求。自动夹紧刀具机构由弹力卡爪3、拉杆4、碟形弹簧5、

12、松刀油缸7 等组成，弹力卡爪3 由两瓣组成。,5.2,铣床,4. 刀具自动交换系统 XH715A 型加工中心刀具自动交换系统包括刀库及换刀机械手两部分。刀库为具有20 个刀座的圆盘式刀库，由刀库电动机经十字滑块联轴器和蜗轮蜗杆副驱动刀库旋转。换刀机械手承担刀库中刀具与主轴上刀具交换工作。,5.2,铣床,Transition Page,过渡页,04 铣削夹具,01 铣削加工概述,02 铣床,03 铣刀,一、铣刀的类型及应用 1. 铣刀的类型 铣刀是金属切削刀具中种类最多的刀具之一，根据加工对象的不同，铣刀有许多不同的类型。 （1）按用途不同，铣刀可分为圆柱铣刀、面铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀

13、、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀等。 （2）按结构不同，铣刀可分为整体式、焊接式、装配式、可转位式。 （3）按齿背形式，铣刀可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。,5.3,铣刀,2. 铣刀的应用 （1）圆柱铣刀 如图 a 所示，圆柱铣刀仅在圆柱表面上有直线或螺旋线切削刃（螺旋角 30 45），没有副切削刃。圆柱铣刀一般用高速钢整体制造。它用于卧式铣床上加工面积不大的平面。根据GB / T 111512002 的规定，其直径有50 mm、63 mm、80 mm、100 mm 四种规格。 （2）面铣刀 如图 b 所示，面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端部切削刃为副切削刃。按刀齿材料可分为高速钢和

14、硬质合金两类。面铣刀多制成套式镶齿结构。可用于立式或卧式铣床上加工台阶面和平面，生产效率较高。,5.3,铣刀,（3）立铣刀 如图 c、d、e、h 所示，立铣刀一般由3 4 个刀齿组成，圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，工作时只能沿刀具的径向进给，而不能沿铣刀轴线方向作进给运动。它主要用于加工凹槽、台阶面和小的平面，还可利用靠模加工成形面。 （4）盘形铣刀 盘形铣刀包括三面刃铣刀、槽铣刀。,5.3,铣刀,（5）键槽铣刀 如图 i、j 所示，键槽铣刀只有两个刀瓣，圆柱面和端面都有切削刃。加工时，先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。主要用于加工圆头封闭键槽。 （6）角度铣

15、刀 角度铣刀有单角铣刀和双角铣刀两种，如图 l、m 所示，主要用于铣削沟槽和斜面。,5.3,铣刀,（7）成形铣刀 如图 n、p 所示，成形铣刀用于加工成形表面，其刀齿廓形根据被加工工件的廓形来确定。 （8）模具铣刀 如图 o 所示，模具铣刀主要用于加工模具型腔或凸模成形表面。其头部形状根据加工需要可以是圆锥形、圆柱形球头和圆锥形球头等形式。,5.3,铣刀,二、尖齿铣刀的主要结构尺寸 1. 铣刀直径 直径 d 是铣刀的主要结构参数。选择较大的铣刀直径，可增大孔径，使铣刀心轴强度和刚度提高，可使工作平稳，获得较小的表面粗糙度值；刀体大，散热条件好，耐用度好；可增大容屑空间，改善排屑条件，刀齿强度也

16、较高。但铣刀直径也不宜选得过大，否则不仅增加刀具材料的消耗，而且增大铣削扭矩，增加动力消耗并容易引起振动。 选择铣刀直径的基本原则是在保证刀杆刚度的前提下，选择较小直径。对于面铣刀其直径应大于铣削宽度aw ，一般取 d （1.2 1.6）aw ，立铣刀和键槽铣刀直径应根据工件尺寸确定，铣槽时铣刀直径应等于槽宽。 2. 铣刀齿数 铣刀齿数的选择主要涉及圆柱形铣刀、立铣刀和可转位面铣刀。铣刀齿数对铣削过程和刀齿强度都有影响，选取时应保证刀齿强度及足够的容屑空间。因此，粗加工铣刀的齿数应少一些，精加工铣刀的齿数应多一些；加工韧性材料时齿数宜少一些，加工脆性材料时齿数宜多一些。,5.3,铣刀,三、镗铣加工中心用工具系统 镗铣类数控机床与加工中心所用的各种工具都由以下部分组成：与机床主轴孔相适应的工具柄部，与工具柄部相连接的工具装夹部分和各种刀具。 1. 镗铣类整体式工具系统 如图为整体式结构的镗铣类工具系统TSG82 工具系统图。该图表明了TSG82