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1、铣削原理与刀具,燕山大学机械工程学院 胡占齐,主要内容,1.铣刀的种类和用途2.铣刀的几何角度3.铣削的切削参数和切削面积4.铣削的切削力5.铣削的切削用量6.尖齿铣刀设计7.硬质合金端铣刀设计8.铣刀制造过程中的基本问题9.仿形齿轮铣刀设计与制造10.铣刀的正确使用,1 铣刀的种类和用途,铣刀的种类特点和用途,立铣刀的变形,立铣刀的变形,立铣刀的变形,盘铣刀的变形,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 铣刀的几何角度,圆柱铣刀的几何角度,端铣刀的几何角度,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
2、关系,工程图中角度标注原则：1 尽量按照参考系标注；2 考虑加工调整方便。,3 铣刀用量和切削层参数,(1)铣削用量四要素铣削速度v:切削刃上指定点的线速度 v=d0n/(1000*60)(m/s)进给量af：铣刀转过一个刀齿，铣刀与工件的相对位移（mm/z）；f：铣刀转过一转，铣刀与工件的相对位移(mm/rev)；vf：铣刀沿进给运动方向的运动速度(mm/min)。vf=f*n=af*z*n 铣削深度ap:平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸铣削宽度ae:垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸,铣削用量,(2)切削层参数切削厚度ac: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aw:在
3、基面内测量的 铣刀主切削刃的工作长度。切削面积 每齿切削面积 Ac:在基面内测量的每齿切削层面积 Ac=ac*aw:铣刀切削面积 Ac:在基面内测量的每转切削层面积 Ac=Ac:金属切除率zw：zw=ap*ae*vf=ap*ae*af*z*n,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（端铣）,球头铣刀的切削层,铣削用量,切削层参数,铣削方式左：周铣下：端铣,4 铣刀的切削力,铣削力的分解切向铣削分力Fc：作用在铣刀切线方向径向铣削分力Fp：作用于铣刀半径方向轴向铣削分力Fo：作用于铣刀轴线方向纵向铣削分力Fx：作用于机床纵向工作台方向横向铣削分力Fy：作用于
4、机床横向工作台方向垂直铣削分力Fz：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。,铣削力的计算,5 铣刀的切削用量,铣削用量的选择原则是：“在保证加工质量的前提下，充分发挥机床工作效能和刀具切削性能”。在工艺系统刚性所允许的条件下，首先应尽可能选择较大的铣削深度ap和铣削宽度ac；其次选择较大的每齿进给量fz；最后根据所选定的耐用度计算铣削速度vc。（1）铣削深度ap和铣削宽度ac的选择 对于端铣刀，选择吃刀量的原则是：当加工余量8mm，且工艺系统刚度大，机床功率足够时，留出半精铣余量0.52mm以后，应尽可能一次去除多余余量；当余量8mm时，可分两次或多次走刀。铣削宽度和
5、端铣刀直径应保持以下关系：d0=(l.l1.6)ac（mm）对于圆柱铣刀，铣削深度ap应小于铣刀长度，铣削宽度ac的选择原则与端铣刀铣削深度的选择原则相同。,（2）进给量的选择 每齿进给量fz是衡量铣削加工效率水平的重要指标。粗铣时fz主要受切削力的限制，半精铣和精铣时，fz主要受表面粗糙度限制。,(3)铣削速度vc的确定,公式法：使用方法：初选铣削深度和铣削宽度；计算切削速度；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。,查表法：铣削速度的确定可查铣削用量手册，如机械加工工艺手册第l卷等,6 尖齿铣刀设计,（1）尖齿铣刀的主要结构参数直径和孔径：d0=d+2m+2H 齿数 z0.
6、12 d0（密齿）刀齿及容屑槽,（2）尖齿铣刀的改进设计,大螺旋角铣刀 s=60o（切钢材）s=40o（切铸铁）增加刀齿强度和容屑空间 可以增加切削深度，提高生产率。,采用分屑措施 采用高性能刀片材料 涂层硬质合金 CBN 金刚石,7 硬质合金端铣刀设计,（1）硬质合金端铣刀的结构,整体式 焊接装配式可转位端铣刀,（2）刀片的定位与夹紧定位：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,夹紧机构,楔块夹紧：夹紧可靠刀垫加工要求高,夹紧机构,楔块夹紧：定位夹紧效果好结构复杂,夹紧机构,弹性夹紧：换刀方便夹紧力小,夹紧机构,上压式夹紧：结构简单加工要求高,简化上压式夹紧：结构简
7、单加工要求高,弹性挤压夹紧：结构简单加工要求高,压孔式夹紧：结构简单加工要求高刀片有后角,夹紧机构,夹紧机构,夹紧机构,（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,（4）端铣刀刀槽位置计算,刀具角度=刀片角度+刀槽角度（图4-31b）,（5）端铣刀的改进设计,非均匀分布刀齿设计,为防止工艺系统出现共振，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,阶梯型铣刀的切削图形,大型铣刀盘在离心力作用下的应力云图,大型铣刀盘在切削力作用下的应力云图,立
8、装刀片铣刀设计,由于刀片采用切削力夹紧，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,(1)P类合金(包括金属陶瓷)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。分类号及选择原则如下：P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P40 P50,合理选择刀片材料,（2)M类合金 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、可锻铸铁、合金铸铁等。分类号及选择原则如下：M1
9、0 M20 M30 M40,合理选择刀片材料,(3)K类合金用于加工产生短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如铸铁、铝合金、铜合金、塑料、硬胶木等。分类号及选择原则如下：K01 K10 K20 K30 K40,合理选择刀具角度,铣刀前角的选择,双负前角：双负前角的铣刀通常均采用方形(或长方形)无后角的刀片，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。双正前角：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
10、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(如主轴悬伸较长的镗铣床)、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。正负前角(轴向正前角、径向负前角)：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和排出；径向负前角可提高刀刃强度，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，适用于大余量铣削加工。,铣刀主偏角的选择,可转位铣刀的主偏角有90、75、60、45等几种。90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(即可加工台阶面，又可加工
11、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，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88主偏角的铣刀，较之90主偏角铣刀，其切削性能有一定改善。6075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(特别是60时)，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。75主偏角铣刀为通用型刀具，适用范围较广；60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。45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，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
12、，刀片破损率低，耐用度高；在加工铸铁件时，工件边缘不易产生崩刃。,8 铣刀制造过程中的基本问题,单角度铣刀和双角度铣刀加工容屑槽,对刀方法,对刀方法,对刀方法,9 仿形齿轮铣刀设计与制造,仿形齿轮铣刀的类型 盘形铣刀：指形铣刀：,齿轮铣刀齿形及样板,齿轮铣刀的分套同一模数不同齿数的齿轮齿形不同4把一套8把一套15把一套24把一套,指形铣刀螺旋面的加工,铣刀的铲齿,问题：铲齿运动刀具齿形砂轮直径,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a)修改工件形状b)磨出凹槽或副偏角c)采用斜向铲齿,铣刀的选择 材料：结构：规格：铣刀的磨钝标准和安全工作区域,10 铣刀的正确使用,铣刀的刃磨,铣刀角度检测,铣刀角度检测,铣刀角度检测,总结,铣刀的几何角度铣削的切削参数和切削面积铣削的切削用量尖齿铣刀设计硬质合金端铣刀设计铣刀的正确使用,谢谢！,
