球头铣刀的切削方式及性能分析

球头铣刀采用不同的铣削方式，其切削加工性能不一样。球头铣刀的铣削方式有垂直铣削、前倾铣削、侧倾铣削。

1.垂直铣削法

垂直铣削时切削刃顶点的切削速度为“0”，顶刃几乎没有切削，只是在工件表面划过，因此刀具磨损严重，加工的表面粗糙，铣削时尽量少用垂直铣削。

用有效切削直径D_e（图1-48）来计算切削速度

2.倾斜铣削法

将球头铣刀倾斜一定角度，铣削时可以克服切削刃顶点速度为“0”的缺点，一般倾斜角β_f=10°～15°。球头铣刀向进给方向倾斜为+β_f，铣削时为拉铣；向后倾斜为-β_f，铣削时为推铣（图1-49）。当铣削型面采用往复平行进给，则推铣和拉铣同时存在。球头铣刀轴线与进给方向垂直，向左侧倾斜为-β_n，向右侧倾斜为+β_n（图1-50）。

图1-48 有效切削直径

图1-49 前、后倾斜铣削法

对于球头铣刀来说，切削刃上的每一点的切削速度是不同的，切削刃顶点切削速度为“0”，沿着切削刃离顶点越远，切削速度越大。因此，增大倾角可以使参加切削的切削刃远离顶点，可以改善切削性能。倾角越大，吃刀量越小，使切削力减小。另一方面，当倾角增大时，切削刃与工件接触的直径增大，切削速度加大，加工表面粗糙度值减小，但切削速度增高将导致切削刃磨损增加，从减小切削力的角度来讲，倾角越大越好，从减少刀具磨损方面考虑，倾角越小越好。通过试验并综合考虑，倾角为10°～15°较为合适（图1-51），刀具切削力较小，刀寿命较高。

倾角的正、负与参与切削的切削刃部位不同有关，即有效切削直径不同，切削速度也不同。球头铣刀前倾角为15°时（工作台向左进给，球头铣刀向右切削），参加切削的切削刃为AB；而当球头铣刀后倾角为-15°时（工作台向右进给，球头铣刀向左切削），参加切削的切削刃为FB，如图1-52所示。A点和B点的直径和切削速度分别如下

图1-50 左、右倾斜铣削法

图1-51 最佳倾角(www.xing528.com)

图1-52 A、B点的切削速度示意图

D_AE=2R_Asin（15°+Q） v_A=πnD_AE/1000

D_BF=2R_B sin15° v_B=πnD_BF/1000

例1-2 背吃刀量a_p=0.5mm，球头铣刀半径R=5mm，倾角β_f=15°，如图1-52所示，铣刀转速n=10000r/min，求A点和B点的切削速度。

A点的切削速度

Q=arccos（R-a_p）/R=arccos（5-0.5）/5=25°51′

R_AC=Rsin（15°+Q）=5sin（15°+25°51′）mm=3.27mm

v_A=πnD_AB/1000=（3.14×10000×2×3.27/1000）m/min=205.3m/min

B点切削速度

R_BD=Rsin15°=1.29mm

v_B=πn/D_BF/1000=（3.14×10000×2×1.29/1000）m/min=81.3m/min

由此可见：采用前倾斜铣削法，最小切削半径BD离开圆弧切削刃顶点，切削速度较高，加工表面粗糙度值小，可获得较好的表面质量。

如果采用负倾角β=-15°，球头铣刀向左切削，则F点的切削速度v_F=v_B=81.3m/min，这样最高速度由v_A=205.3m/min降到v_F=81.3m/min，从F点到刀尖顶点，切削刃的切削速度逐渐下降至“0”，球头铣刀的顶点也参加了切削，这是非常不利的。切削力大，必须降低进给量，致使，加工效率降低，加工表面质量也会明显下降。为了使F点的切削速度达到v_F=205m/min，必须提高球头铣刀的转速，n=1000v_A/（πD_F）=[1000×205/（3.14×2.58）]r/min=25304r/min，这样球头铣刀的转速提高了2.5倍，球头铣刀的动平衡系数也大幅提高，会大幅提高刀具的成本，所以尽量不采用负倾角切削。

在图1-53和图1-54中，可以根据背吃刀量快速选择出球头铣刀有效直径和转速。