铣刀几何参数的重要性

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，每个刀齿可以看做是一把简单的车刀，所不同的是铣刀是回转的、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。

1.圆柱形铣刀的几何角度

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。圆柱铣刀的几何角度如图5-2所示。

图5-2 圆柱铣刀的几何角度

（1）前角γ_o过切削刃上选定点在端剖面上测量的前面与基面的夹角。

（2）后角α_o过切削刃上选定点在端剖面上测量的后面与切削平面间的夹角。

前角和后角都标注在端剖面上。若是螺旋齿，还要标注螺旋角β、法前角γ_n和法后角α_n三个参数。

（3）法前角γ_n过切削刃上选定点在法剖面上测量的前面与基面的夹角。

（4）法后角α_n过切削刃上选定点在法剖面上测量的后面与切削平面间的夹角。

前角γ_o和法前角γ_n两者的关系为

tanγ_n=tanγ_ocosβ

式中 β——铣刀的螺旋角，即相当于圆柱铣刀的刃倾角λ_s。

圆柱铣刀的主偏角为90°，无副偏角。

2.面铣刀的主要几何角度标注

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。面铣刀的前角又分为轴向前角和径向前角，面铣刀标注角度如图5-3所示。轴向前角、径向前角、主偏角、前角、刃倾角对面铣刀铣削效果影响较大，见表5-1。

图5-3 面铣刀标注角度

表5-1 面铣刀各角度对铣削效果影响

3.铣削要素

铣刀种类繁多，但从铣削原理看又可以分为端铣和周铣两类，其典型刀具是面铣刀和圆柱平面铣刀。铣削用量包括下列四个要素，如图5-4所示。

（1）铣削速度v_c（m/min）铣削速度是指铣刀旋转时的线速度，计算公式见式（2-1）。

（2）进给量 铣削时的进给量有三种表示方法。

1）每转进给量f（mm/r）它是指铣刀每转一转时，工件相对于铣刀沿进给方向移动的距离。

2）每齿进给量f_z（mm）它是指铣刀每转过一个齿的角度时，工件相对于铣刀沿进给方向移动的距离。

3）进给速度v_f（mm/min）它是指每分钟工件相对于铣刀沿进给方向移动的距离。也就是铣床工作台的进给速度。

三种进给量之间的关系：v_f=f_n=f_zzn

式中 n——铣刀转速，单位为r/min或r/s；

z——铣刀齿数。(www.xing528.com)

每齿进给量根据刀齿的强度、切削层厚度、容屑情况进行选择。每转进给量与已加工表面粗糙度关系密切，精铣和半精铣时按每转进给量进行选择。由于数控铣床主运动和进给运动是由两个伺服电动机分别传动，它们之间没有内部联系。无论按每齿进给量f_z，还是按每转进给量f选择，最后均得计算出进给速度v_f。

（3）背吃刀量a_p（mm）如图5-4所示，它是平行于铣刀轴线方向度量的切削层尺寸。端铣时，a_p为切削层深度；而圆周铣削时，a_p为被加工表面的宽度。

（4）侧吃刀量a_e（mm）它是垂直于铣刀轴线方向和进给方向度量的切削层尺寸。端铣时，a_e为被加工表面宽度；而圆周铣削时，a_e为切削层的深度。

图5-4 铣削用量四要素

a）圆周铣削 b）端铣

4.铣削层参数

圆柱铣刀和面铣刀加工时切削层的形状如图5-5所示。

切削层厚度h_D是在基面内测量的相邻两个刀齿主切削刃运动轨迹之间的距离。圆周铣削和端面铣削的切削层厚度计算公式为

圆周铣削h_D=f_zsinφ （5-1）

端铣h_D=f_zcosφsinκ_r （5-2）

式中 κ_r——主偏角（°）；

φ——刀齿回转位置角（°）。

从式（5-1）、式（5-2）可以看出，铣削时切削层厚度h_D是随刀齿回转位置角φ，即刀齿位置的不同而变化的。圆周铣削时，刀齿在起始位置H点时，h_D=0，为最小值；刀齿即将离开工件到达A点时，切削层厚度最大。端铣时，切削层厚度在刀齿刚切入工件时最小，中间位置最大，然后又逐渐减小。由于切削层厚度的不断变化，因此铣削加工过程切削力的波动比车削加工要大一些。

图5-5 加工时切削层的形状

a）圆周铣削 b）端铣

5.铣削方式

（1）圆周铣削方式 圆周铣削有两种铣削方式：逆铣和顺铣。

如图5-6a所示，铣刀的旋转方向和工件的进给方向相反时称为逆铣，相同时称为顺铣，如图5-6b所示。逆铣时，切削厚度从零逐渐增大。铣刀刃口有一钝圆半径r_n，造成开始切削时前角为负值，刀齿在过渡表面上挤压、滑行，使工件表面产生严重冷硬层，并加剧了刀齿磨损。此外，当瞬时接触角大于一定数值后，进给力垂直分力向上，有抬起工件趋势。顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象；并且进给力垂直分力始终压向工作台，有利于工件夹紧，可提高铣刀寿命和加工表面质量。

若在丝杠与螺母副中存在间隙情况下采用顺铣，当进给力F_f，逐渐增大，超过工作台摩擦力时，使工作台带动丝杆向左窜动，造成进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。逆铣时，由于进给力F_f作用，使丝杠与螺母传动面始终贴紧，故铣削过程较平稳。

（2）端铣方式 端铣时，根据面铣刀相对于工件安装位置不同，也可分为逆铣和顺铣。如图5-7a所示，面铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置，上面的顺铣部分等于下面的逆铣部分，称为对称端铣。图5-7b中的逆铣部分大于顺铣部分，称为不对称逆铣。图5-7c中的顺铣部分大于逆铣部分称为不对称顺铣。图中切入角δ与切离角δ₁，凡位于逆铣一侧为正值，而位于顺铣一侧为负值。

图5-6 逆铣与顺铣

a）逆铣 b）顺铣

图5-7 端铣时的顺铣与逆铣

a）对称端铣 b）不对称逆铣 c）不对称顺铣