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铣刀知识

一节 铣刀概述

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。

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γ ο：前面与基面之间的夹角，在正交平面中测量。

2后角α o：后面与切削平面之间的夹角，在正交平面中测量。

3主偏角κ r：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λ s：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γ f和轴向前角γ p。

细长轴多角位键槽加工夹具设计

细长轴多角位键槽加工夹具设计

在产品加工过程中，经常会遇到一些细长轴类零件，根据设计要求加工多个键槽，这些键槽尺寸、几何公差要求较严，各键槽间、键槽与定位基准孔间有着较严的角位要求，用普通的划线方法难以---。同时细长轴类零件刚性差，装夹后零件易变形，装夹困难， 在分度头上无法装夹，由于分度头也存在一定的定位及传动间隙，对于一些精度较高的零件，难以---加工要求。通常此类零件加工需要在一些---数控机床上加工，在批量不大的情况下，专门购买设备加工会使加工成本提高，经济效益降低。为此，通过设计应用---夹具，可在普通铣床上实现此类零件的加工，降---造成本，提高经济效益。

零件技术难点分析

以某柴油机凸轮轴为例，该零件总长为2 452mm，直径为125m5， 长径比达到19.6，属细长轴类零件。零件要求在外圆上加工6个键槽，键槽宽度尺寸为32p9，键槽间存在一定夹角，各键槽间角度偏差要求不大于±15′，并与装配基准孔φ 10h7的角度偏差不大于±15′，相对于凸轮轴外圆的对称度不大于0.03mm。其结构简图如图1所示。

图1　某柴油机凸轮轴结构简图

由以上结构分析可知该零件键槽加工过程中存在以下技术难点：键槽间的角度偏差±15′及与装配基准孔φ 10h7的角度偏差不大于±15′要求较高，利用一般的对线、分度头等加工方法难以---。键槽相对于凸轮轴外圆的对称度不大于0.03mm，由于零件属细长轴，刚性装夹过程存在装夹变形，难以---。

通过进行结构分析和加工工艺方案研究，结合加工设备的具体结构，设计了角位分度夹具、零件定位夹具和对刀块等夹具，---了零件的技术要求。

夹具设计

角位分度夹具。为了---零件键槽间及与装配基准孔φ 10h7的角度偏差，设计的角位分度夹具，结构如图2所示。该工装通过菱形定位销，以零件的一端定位凸台及装配基准孔φ 10h7为基准定位，根据零件的角度，设计了铣键槽的六方分度盘，分度盘各六方面间角度为60°±2′，在加工零件键槽过程中，通过螺栓、垫圈和螺母将零件与六方分度盘紧固在一起，机床主轴始终保持水平不动，通过旋转找正六方分度盘上的六个平面在水平方向跳度不大于0.03mm，---零件的旋转定位，从而---各键槽间的角度公差要求。

图2　角位分度夹具

1.六方分度盘 2.螺栓 3.垫圈 4.螺母 5.菱形定位销

定位夹具见图3。由于该零件为细长轴，刚性较差，零件由于自重易发生自然弯曲，影响键槽加工精度。为此设计了v形块来解决该问题。在零件加工过程中根据零件长度选择合理的v形块的数量，加工时通过找正样棒，先将v形块中心找正在一条直线上，使各v形块中心偏差不大于0.015mm，找正后压紧v形块。然后再将零件装夹到v形块上，通过压板压紧零件，实现零件的装夹。

图3　定位夹具

1.压板 2.样棒 3.v形块

铣键槽对刀块见图4。在零件加工过程中，为了提高加工效率，降低加工难度，设计了铣键槽对刀块，---键槽的对称度要求。加工过程---两个铰接在一起的v形块装夹在零件外圆上，找平对刀面后，将键槽铣刀装入主轴，通过塞尺校验，---键槽铣刀中心与对刀槽中心重合偏差不大于0.01mm，从而---加工出的键槽对称度偏差满足设计要求。

图4　铣键槽对刀块

加工方法

在加工过程中，首先找正定位夹具的各v形块中心，偏差不大于0.015mm。压紧v形块后，装夹零件，检查零件侧母线，---零件未发生弯曲变形。利用铣键槽对刀块调整机床主轴使之与φ 125m5外圆轴线同心。然后将分度夹具装夹在零件法兰盘端，并用零件的φ 65h6及φ 10h7销孔定位， 找平六方分度盘上的平面，要求100mm内跳动差不大于0.05mm，压紧零件后铣键槽见图1，6个键槽自左至右依次排序～、，松开零件，工件旋转60°，找平六方分度盘，压紧零件，对正机床主轴与零件主轴后，铣键槽，随后按以上步骤依次加工键槽。按以上加工步骤加工完零件后，经过检验零件完全满足设计要求。

结语

通过设计、应用---的工装夹具，可在普通键槽铣床上实现大型细长轴零件多角位键槽的---精密加工，在---零件加工精度的前提下，节约生产成本，提高加工效率。应用前景较好，可全面推广。

金属材料在切削进程中会遭到刀具的揉捏而发生变形。这一物理现象直接影响切削力、切削温度、刀具磨损、已加工表面及出产功率。因而有---对其进行研究，了解其基本规律。一切削时的三个变形区以切削塑性金属为例，切削层金属转变为切屑而和母体分离的实质，是工件表层材料在加工进程中，遭到刀具切削刃和前刀面的---揉捏，连续发生弹性变形——塑性变形—开裂损坏，使切削金属不断被变成切屑从前刀面流出，如图1-9所示。图1-10为低速切削时的切削层内三个变形区的示意图。

1. ---变形区 当刀具前刀面以切削速度vc揉捏切削层时，切削层中的某点沿oa面开端发生剪切滑移，直至其活动方向开端与刀具前刀面平行，不再沿om面发生滑移，切削层构成切屑沿刀具前刀面流出。从oa面开端发生塑性变形到om面的剪切滑移基本完成，这一区域称为---变形区。---变形区的主要特征是沿滑移面的剪切滑移变形以及随之发生的加工硬化。

2. 第二变形区 当剪切滑移构成的切屑在刀具前刀面流出时，切屑底层进一步遭到刀具的揉捏和抵触，使靠近刀具前刀面处的金属再次发生剪切变形，称为第二变形区。

3. 第三变形区 是工件与刀具后刀面接触的区域，遭到刀具刃口和刀具后刀面的揉捏和抵触，构成已加工表面变形，称为第三变形区。这是由于在实践切削中刀具的刃口不可避免地存在钝圆半径rn，使被揉捏层再次遭到刀具后刀面的拉伸、抵触作用，进一步发生塑性变形，使已加工表层变形加剧。二切屑形状加工材料性质不同，切削条件不同，切削进程中的变形程度不同。根据切削进程中变形程度的不同，构成4种不同微观形状的切屑，如图1-11所示。

1. 带状切屑 切屑连续成带状，内表面光滑，表面面无明显裂纹，呈微小锯齿形。一般加工塑性金属材料如低碳钢、铜、铝，选用较大的刀具前角γo，较小的切削层公称厚度hd，较高的切削速度vc时，易构成这种切屑。构成带状切屑时，切削力不坚定小，切削进程比较平稳，已加工表面粗糙度值较小，但需采取断屑办法，---正常出产，尤其是主动出产线和主动机床出产。

2. 节状切屑 这种切屑表面面有较深的裂纹，呈较大的锯齿形，内表面有时有裂纹。一般加工塑性较低的金属材料如黄铜，在刀具前角γo较小，切削层公称厚度hd较大，切削速度vc较低时，或加工碳素钢材料在工艺体系刚性缺少时，易构成这种切屑。构成节状切屑时，切削力不坚定较大，切削进程不态安稳，已加工表面粗糙度值较大。

3. 粒状切屑 又称单元切屑。切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料开裂强度，所发生的裂纹贯穿切屑断面时，挤裂呈粒状切屑。选用小前角或负前角，以极低的切削速度和大的切削层公称厚度切削时，易构成这种切屑。构成粒状切屑时，切削力不坚定大，切削进程不平稳，已加工表面粗糙度值大。

4. 崩碎切屑 加工脆硬材料时，切削层通常在弹性变形后未经塑性变形就被挤裂，构成不规则的碎块状的崩碎切屑。工件材料越脆硬，刀具前角越小，切削层公称厚度越大，越易发生崩碎切屑。构成崩碎切屑时，切削力不坚定大，切削进程不平稳，且切削层金属会集在切削刃口碎断，易损坏刀具，已加工表面粗糙度值大。三切屑形状在实践出产中，切屑的处理和运送是需求处理的重要问题。影响切屑的处理和运送的主要因素是切屑的形状，因而，还需依照切屑微观的形状进行分类。工件材料、刀具几何参数和切削用量不同，所生成的切屑的形状也会不同。从切屑处理的视点，切屑的形状大体有带状屑、c形屑、崩碎屑、螺卷屑、长紧卷屑、发条状卷屑、浮屠屑及乱屑等，如表1-1所示。由表1-1可见，切削加工的具体条件不同，要求切屑的形状也有所改动。脱离具体条件，孤立地点评某一种切屑形状的好坏是没有实践含义的。表1-2标明切削条件对切屑形状的影响情况。

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