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1、铣削原理与刀具铣削原理与刀具燕山大学机械工程学院燕山大学机械工程学院 胡占齐胡占齐主要内容主要内容1. 1. 铣刀的种类和用途铣刀的种类和用途2. 2. 铣刀的几何角度铣刀的几何角度3. 3. 铣削的切削参数和切削面积铣削的切削参数和切削面积4. 4. 铣削的切削力铣削的切削力5. 5. 铣削的切削用量铣削的切削用量6. 6. 尖齿铣刀设计尖齿铣刀设计7. 7. 硬质合金端铣刀设计硬质合金端铣刀设计8. 8. 铣刀制造过程中的基本问题铣刀制造过程中的基本问题9. 9. 仿形齿轮铣刀设计与制造仿形齿轮铣刀设计与制造10. 10. 铣刀的正确使用铣刀的正确使用1 1 铣刀的种类和用途铣刀的种类和用
2、途铣刀的铣刀的铣刀的铣刀的种类种类种类种类特点和特点和特点和特点和用途用途用途用途立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形立铣刀的变形盘铣刀的变形盘铣刀的变形铣刀的应用铣刀的应用1.粗铣刀2.粗铣刀3.加深立铣刀4.半精铣刀5.半精铣刀6.精铣刀 2 2 铣刀的几何角度铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度圆柱铣刀的几何角度端铣刀的几何角度端铣刀的几何角度端铣刀的几何角度端铣刀的几何角度名称符号定义作用前角0前面与基面间的夹角，在主剖面中测量。决定切削刃的锋利程度和强度。增大前角可减小切屑变形，减小切削力和切削功率。tr
3、刃倾角s主切削刃与基面间的夹角，在切削平面中测量。控制切屑流向，影响切削刃强度和切削分力的大小。背前角（轴向前角）p前面与基面间的夹角，在背平面中测量决定切削刃的强度和切屑的流向，影响切削分力的大小和表面质量。侧前角（径向前角）f前面与基面间的夹角，在假定工作平面中测量。决定刀齿的强度和切削力的大小。名称符号定义作用主偏角kr主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。影响刀尖部分的强度、切削分力之间的比例、工件表面的形状和切削刃参加切削的长度。副偏角kr副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量减小副切削刃、副后面与工件已加工表面的摩擦，影响表面粗糙度。后角a0后面与切削平面间的夹角
4、，在正交平面中测量。减小后面与工作表面间的摩擦，并与前角决定切削刃的锋利和强度。主剖面参考系几何角度进给切深面参考系几何角度法剖面参考系几何角度各参考系几何角度间的关系各参考系几何角度间的关系各参考系几何角度间的关系各参考系几何角度间的关系工程图中角度标注原则：工程图中角度标注原则：工程图中角度标注原则：工程图中角度标注原则： 1 1 尽量按照参考系标注；尽量按照参考系标注；尽量按照参考系标注；尽量按照参考系标注； 2 2 考虑加工调整方便。考虑加工调整方便。考虑加工调整方便。考虑加工调整方便。3 3 铣刀用量和切削层参数铣刀用量和切削层参数(1)(1)铣削用量四要素铣削用量四要素铣削用量四要
5、素铣削用量四要素铣削速度铣削速度v: v: 切削刃上指定点的线速度切削刃上指定点的线速度 v=v= d d0 0n/(1000*60) (n/(1000*60) (m/sm/s) )进给量进给量a af f： 铣刀转过一个刀齿，铣刀与工件的相对位移（铣刀转过一个刀齿，铣刀与工件的相对位移（mm/zmm/z）；）； f f： 铣刀转过一转，铣刀与工件的相对位移铣刀转过一转，铣刀与工件的相对位移(mm/rev)(mm/rev)； v vf f ：铣刀沿进给运动方向的运动速度：铣刀沿进给运动方向的运动速度(mm/min)(mm/min)。 v vf f =f*n= =f*n= a af f *z*n
6、 *z*n 铣削深度铣削深度a ap p: : 平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸铣削宽度铣削宽度a ae e: : 垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸铣削用量(2) (2) 切削层参数切削层参数切削层参数切削层参数切削厚度切削厚度a ac c: :在基面内测量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。在基面内测量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。切削宽度切削宽度a aw w: :在基面内测量的在基面内测量的 铣刀主切削刃的工作长度。铣刀主切削刃的工作长度。切削面积切削面积 每齿切削面积每齿切削面积 A Ac c: : 在基面内测
7、量的每齿切削层面积在基面内测量的每齿切削层面积 A Ac c= = a ac c* a* aw w: : 铣刀切削面积铣刀切削面积 A Ac c : :在基面内测量的每转切削层面积在基面内测量的每转切削层面积 A Ac c = = A Ac c : :金属切除率金属切除率z zw w： z zw w = = a ap p * * a ae e * * v vf f = = a ap p * * a ae e * * a af f *z*n *z*n 铣削时切削厚度的变化铣削时切削厚度的变化铣削时切削层参数的计算（周铣）铣削时切削层参数的计算（周铣）铣削时切削层参数的计算（端铣）球头铣刀的切削层
8、球头铣刀的切削层球头铣刀的切削层球头铣刀的切削层铣削用量切削层参数铣削方式铣削方式铣削方式铣削方式左：周铣左：周铣左：周铣左：周铣下：端铣下：端铣下：端铣下：端铣4 4 铣刀的切削力铣刀的切削力铣削力的分解铣削力的分解铣削力的分解铣削力的分解切向铣削分力切向铣削分力FcFc：作用在铣刀切线方向：作用在铣刀切线方向径向铣削分力径向铣削分力FpFp：作用于铣刀半径方向：作用于铣刀半径方向轴向铣削分力轴向铣削分力FoFo：作用于铣刀轴线方向：作用于铣刀轴线方向纵向铣削分力纵向铣削分力FxFx：作用于机床纵向工作台方向：作用于机床纵向工作台方向横向铣削分力横向铣削分力FyFy：作用于机床横向工作台方向
9、：作用于机床横向工作台方向垂直铣削分力垂直铣削分力FzFz：作用于机床升降工作台方向：作用于机床升降工作台方向对于不同的研究内容，采用不同的分解方法。对于不同的研究内容，采用不同的分解方法。铣削力的计算铣削力的计算铣削力的计算铣削力的计算 5 5 铣刀的切削用量铣刀的切削用量 铣削用量的选择原则是：铣削用量的选择原则是：“ “在保证在保证加工质量加工质量的前提下，的前提下，充分发挥机床充分发挥机床工作效能工作效能和刀具和刀具切削性能切削性能” ”。 在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度较大的铣削深度a ap p和铣削宽度和铣
10、削宽度a ac c；其次选择较大的每齿进；其次选择较大的每齿进给量给量f fz z；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度v vc c 。（1 1）铣削深度）铣削深度a ap p和铣削宽度和铣削宽度a ac c的选择的选择 对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量 8mm8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量0.52mm0.52mm以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量8mm8mm时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和
11、端铣刀直径应时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和端铣刀直径应保持以下关系：保持以下关系： d d0 0=(l.l1.6) a=(l.l1.6) ac c（mmmm） 对于圆柱铣刀，铣削深度对于圆柱铣刀，铣削深度a ap p应小于铣刀长度，铣削宽度应小于铣刀长度，铣削宽度a ac c的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。（2 2）进给量的选择进给量的选择 每齿进给量每齿进给量f fz z是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗铣时铣时f fz z主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，f
12、fz z主要受表主要受表面粗糙度限制。面粗糙度限制。(3) (3) 铣削速度铣削速度铣削速度铣削速度vcvc的确定的确定的确定的确定公式法：公式法：使用方法：使用方法： 初选铣削深度和铣削宽度；初选铣削深度和铣削宽度； 计算切削速度；计算切削速度； 调整切削参数以满足切削速度的要求。调整切削参数以满足切削速度的要求。其中的指数和系数查表。其中的指数和系数查表。 查表法：查表法： 铣削速度的确定可查铣削用量手册，如铣削速度的确定可查铣削用量手册，如机械加工工机械加工工艺手册艺手册第第l l卷等卷等6 6 尖齿铣刀设计尖齿铣刀设计（1 1）尖齿铣刀的主要结构参数）尖齿铣刀的主要结构参数直径和孔径：
13、直径和孔径：d d0 0=d+2m+2H =d+2m+2H 齿数齿数 z0.12 dz0.12 dz0.12 d0 0 （密齿）（密齿）刀齿及容屑槽刀齿及容屑槽（2 2）尖齿铣刀的改进设计）尖齿铣刀的改进设计）尖齿铣刀的改进设计）尖齿铣刀的改进设计n n大螺旋角铣刀大螺旋角铣刀 s s=60=60o o （切钢材）（切钢材） s s=40=40o o （切铸铁）（切铸铁）n n增加刀齿强度和容屑空间增加刀齿强度和容屑空间 可以增加切削深度，提高生产率。可以增加切削深度，提高生产率。n n采用分屑措施采用分屑措施 n n采用高性能刀片材料采用高性能刀片材料 涂层硬质合金涂层硬质合金 CBNCBN
14、 金刚石金刚石7 7 硬质合金端铣刀设计硬质合金端铣刀设计（1 1）硬质合金端铣刀的结构）硬质合金端铣刀的结构整体式整体式 焊接装配式焊接装配式可转位端铣刀可转位端铣刀（2 2）刀片的定位与夹紧）刀片的定位与夹紧定位：六点定位消除六个自由度定位：六点定位消除六个自由度实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件实际定位元件夹紧机构夹紧机构楔块夹紧：楔块夹紧：夹紧可靠夹紧可靠刀垫加工要求高刀垫加工要求高夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构楔块夹紧：楔块夹紧：定位夹紧效果好定位夹紧效果好结构复杂结构复杂夹紧机构夹紧
15、机构夹紧机构夹紧机构弹性夹紧：弹性夹紧：换刀方便换刀方便夹紧力小夹紧力小夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构上压式夹紧：上压式夹紧：结构简单结构简单加工要求高加工要求高简化上压式夹紧：简化上压式夹紧：结构简单结构简单加工要求高加工要求高弹性挤压夹紧：弹性挤压夹紧：结构简单结构简单加工要求高加工要求高 压孔式夹紧：压孔式夹紧：结构简单结构简单加工要求高加工要求高刀片有后角刀片有后角夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构夹紧机构（3 3）端铣刀与主轴的连接形式）端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣
16、刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式端铣刀与主轴的连接形式（4 4）端铣刀刀槽位置计算）端铣刀刀槽位置计算）端铣刀刀槽位置计算）端铣刀刀槽位置计算 刀具角度刀具角度= =刀片角度刀片角度+ +刀槽角度刀槽角度（图（图4-31b4-31b）（5 5）端铣刀的改进设计）端铣刀的改进设计）端铣刀的改进设计）端铣刀的改进设计非均匀分布刀齿设计非均匀分布刀齿设计 为防止工艺系统出现共
17、振，使切削平稳，还开发出一种不等分齿距铣刀。 在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。阶梯型刀齿设计阶梯型刀齿设计阶梯型刀齿设计阶梯型刀齿设计阶梯型铣刀阶梯型铣刀阶梯型铣刀阶梯型铣刀的切削图形的切削图形的切削图形的切削图形大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图立装刀片铣刀设计立装刀片铣刀设计立装刀片铣刀设计立装刀片铣刀设计 由于刀片采用切削力夹
18、紧，夹紧力随切削力的增大而增大，因此可省去夹紧元件，增大容屑空间。 由于刀片切向安装，在切削力方向的硬质合金截面较大，因而可进行大切深、大走刀量切削，这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料(1)P(1)P类合金类合金( (包括金属陶瓷包括金属陶瓷) ) 用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、用于加工产生长切屑的金属材料，如钢、铸钢、可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。分类号及选择原可锻铸铁、不锈钢、耐热钢等。分类号及选择原则如下：则如下： P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P40 P50P01 P05 P10 P
19、15 P20 P25 P30 P40 P50合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料（2)M2)M类合金类合金 用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或用于加工产生长切屑和短切屑的黑色金属或有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、有色金属，如钢、铸钢、奥氏体不锈钢、耐热钢、可锻铸铁、合金铸铁等。分类号及选择原则如下：可锻铸铁、合金铸铁等。分类号及选择原则如下： M10 M20 M30 M40M10 M20 M30 M40合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料合理选择刀片材料(3)K(3)K类合金类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非用于加工产生短切
20、屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。分类号及选择原则如下：胶木等。分类号及选择原则如下： K01 K10 K20 K30 K40K01 K10 K20 K30 K40合理选择刀具角度合理选择刀具角度合理选择刀具角度合理选择刀具角度铣刀前角的选择铣刀前角的选择铣刀前角的选择铣刀前角的选择双负前角：双负前角：双负前角的铣刀通常均采用方形双负前角的铣刀通常均采用方形( (或长方形或长方形) )无后无后角的刀片，角的刀片， 铣刀强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁铣刀强度高、抗冲击性好，适用于铸钢、铸铁的粗加工。由于切屑
21、收缩比大，需要较大的切削力，因此要的粗加工。由于切屑收缩比大，需要较大的切削力，因此要求机床具有较大功率和较高刚性。由于轴向前角为负值，切求机床具有较大功率和较高刚性。由于轴向前角为负值，切屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振屑不能自动流出，当切削韧性材料时易出现积屑瘤和刀具振动。动。 双正前角：双正前角：双正前角铣刀采用有带后角的刀片，这种铣刀楔双正前角铣刀采用有带后角的刀片，这种铣刀楔角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功角小，具有锋利的切削刃。由于切屑收缩比小，所耗切削功率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积屑瘤。这种铣刀最率较小，切屑成螺旋状排出，不易形成积
22、屑瘤。这种铣刀最宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。对于刚宜用于软材料和不锈钢、耐热钢等材料的切削加工。对于刚性差性差( (如主轴悬伸较长的镗铣床如主轴悬伸较长的镗铣床) )、功率小的机床和加工焊接、功率小的机床和加工焊接结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。结构件时，也应优先选用双正前角铣刀。正负前角正负前角( (轴向正前角、径向负前角轴向正前角、径向负前角) )：这种铣刀综合了双正这种铣刀综合了双正前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成前角和双负前角铣刀的优点，轴向正前角有利于切屑的形成和排出；径向负前角可提高刀刃强度，改善抗冲击性能。此和排出；径向负前角可提高刀刃强
23、度，改善抗冲击性能。此种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量种铣刀切削平稳，排屑顺利，金属切除率高，适用于大余量铣削加工。铣削加工。铣刀主偏角的选择铣刀主偏角的选择铣刀主偏角的选择铣刀主偏角的选择 可转位铣刀的主偏角有可转位铣刀的主偏角有9090、7575、6060、4545等几种。等几种。9090主偏角在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加主偏角在铣削带凸肩的平面时选用，一般不用于纯平面加工。该类刀具通用性好工。该类刀具通用性好( (即可加工台阶面，又可加工平面即可加工台阶面，又可加工平面) )，在单件、小批量加工中选用。由于该类刀具的进给抗力大，在单件、小批量加工中选用
24、。由于该类刀具的进给抗力大，易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。在加工易振动，因而要求机床具有较大功率和足够的刚性。在加工带凸肩的平面时，也可选用带凸肩的平面时，也可选用8888主偏角的铣刀，较之主偏角的铣刀，较之9090主偏主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。角铣刀，其切削性能有一定改善。60607575主偏角适用于平面铣削的粗加工。由于径向切削力主偏角适用于平面铣削的粗加工。由于径向切削力明显减小明显减小( (特别是特别是6060时时) )，其抗振性有较大改善，切削平稳、，其抗振性有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。轻快，在平面加工中应优先选用。7575主偏角铣刀为
25、通用型刀主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；具，适用范围较广；6060主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中主偏角铣刀主要用于镗铣床、加工中心上的粗铣和半精铣加工。心上的粗铣和半精铣加工。4545主偏角此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切主偏角此类铣刀的径向切削力大幅度减小，约等于轴向切削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，削力，切削载荷分布在较长的切削刃上，具有很好的抗振性，适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平适用于镗铣床主轴悬伸较长的加工场合。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边面时，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时
26、，工件边缘不易产生崩刃。缘不易产生崩刃。 8 8 铣刀制造过程中的基本问题铣刀制造过程中的基本问题单角度铣刀和双角度铣刀单角度铣刀和双角度铣刀加工容屑槽加工容屑槽对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法对刀方法9 9 仿形齿轮铣刀设计与制造仿形齿轮铣刀设计与制造 仿形齿轮铣刀的类型仿形齿轮铣刀的类型 盘形铣刀：盘形铣刀： 指形铣刀：指形铣刀：齿轮铣刀齿形及样板齿轮铣刀齿形及样板齿轮铣刀的分套齿轮铣刀的分套同一模数不同齿数同一模数不同齿数的齿轮齿形不同的齿轮齿形不同4 4把一套把一套8 8把一套把一套1515把一套把一套2424把一套把一套铣刀号1
27、2345678齿数范围12131416172021252634355455134135指形铣刀螺旋面的加工指形铣刀螺旋面的加工铣刀的铲齿铣刀的铲齿铣刀的铲齿铣刀的铲齿问题：问题：问题：问题：铲齿运动铲齿运动铲齿运动铲齿运动刀具齿形刀具齿形刀具齿形刀具齿形砂轮直径砂轮直径砂轮直径砂轮直径铲齿铣刀后角随刃型变化铲齿铣刀后角随刃型变化铲齿铣刀后角随刃型变化铲齿铣刀后角随刃型变化铲齿铣刀后角过小时的改进措施铲齿铣刀后角过小时的改进措施铲齿铣刀后角过小时的改进措施铲齿铣刀后角过小时的改进措施a) a) 修改工件形状修改工件形状修改工件形状修改工件形状b) b) 磨出凹槽或副偏角磨出凹槽或副偏角磨出凹槽或副偏角磨出凹槽或副偏角c)c)采用斜向铲齿采用斜向铲齿采用斜向铲齿采用斜向铲齿铣刀的选择铣刀的选择 材料：材料： 结构：结构： 规格：规格：铣刀的磨钝标准铣刀的磨钝标准和安全工作区域和安全工作区域10 10 铣刀的正确使用铣刀的正确使用铣刀的刃磨铣刀的刃磨铣刀的刃磨铣刀的刃磨铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测铣刀角度检测总结总结n n铣刀的几何角度n n铣削的切削参数和切削面积n n铣削的切削用量n n尖齿铣刀设计n n硬质合金端铣刀设计n n铣刀的正确使用谢谢！谢谢！
