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关于数控铣刀的基础知识解析

一、背景介绍

数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。而铣刀作为数控铣床加工最为重要的用具，直接关系到能否顺利加工出合格的产品以及产品的质量等，所以让学生了解铣刀知识对于学习数控铣床由为重要。

图1　铣刀应用1

图2　铣刀应用2

二、教学重点：1．了解铣刀的种类以及型号。2．了解不同铣刀的性能以及特点。3．了解铣刀的结构以及参数意义。

三、教学难点：1．不同型号铣刀的应用。2．铣刀参数与切削性能的关系。

四、教学措施

1．采用逐步深入的教学方法。

①．利用学生日常生活中比较熟悉的手机等用品的生产逐渐引入数控铣床的概念。

②．引入数控铣床概念之后就逐步介绍数控铣床的应用、特点等，继而引入铣刀的概念，从而为铣刀知识的讲解做好铺垫。

2．利用实物展示（例如展示铣刀、零件等）的方法，把抽象概念变为容易让学生理解的具体物体。

3.利用多媒体课件产生一定的视听效果，从而提高学生的学习兴趣。

五、教学用具：1．直径为6、8、10、20的铣刀各一把。2．数控铣床产品零件2件。3．多媒体课件用具。

六、教学内容

1、铣刀的分类：

普通数控铣刀一般分为球面铣刀、立铣刀以及面铣刀。

数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。常见刀具见图3。

图3 常见刀具

2、铣刀类型选择

被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据.

1） 加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀,如图4所示。

图4 加工曲面类铣刀

2） 铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图5所示。

图5 加工大平面铣刀

3） 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀，如图6所示。

图6 加工台阶面铣刀

4） 铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图7所示。

图7 加工槽类铣刀

5）孔加工时，可采用钻头等孔加工类刀具，如图8所示。

钻头 图8孔加工刀具

3、铣刀结构选择
　　铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式，刀片定位元件的结构又有不同类型，因此铣刀的结构形式有多种，分类方法也较多。选用时，主要可根据刀片排列方式。刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。
1)平装结构(刀片径向排列)

图9平装结构铣刀

平装结构铣刀（如图9所示）的刀体结构工艺性好，容易加工，并可采用无孔刀片(刀片价格较低，可重磨)。由于需要夹紧元件，刀片的一部分被覆盖，容屑空间较小，且在切削力方向上的硬质合金截面较小，故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工。
2)立装结构(刀片切向排列)

图10立装结构铣刀

立装结构铣刀（如图10所示）的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上，结构简单，转位方便。虽然刀具零件较少，但刀体的加工难度较大，一般需用五坐标加工中心进行加工。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，增大了容屑空间。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。
4、铣刀角度的选择
　　铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要，有多种角度组合型式。各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明)。

主偏角为切削刃与切削平面的夹角，如图11所示。铣刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等几种。
　　主偏角对径向切削力和切削深度影响很大。径向切削力的大小直接影响切削功率和刀具的抗振性能。铣刀的主偏角越小，其径向切削力越小，抗振性也越好，但切削深度也随之

减小。
2)前角γ
　　铣刀的前角可分解为径向前角γ_f (图12 a)和轴向前角γ_p(图12 b)，径向前角γ_f主要影响切削功率；轴向前角γ_p则影响切屑的形成和轴向力的方向，当γ_p为正值时切屑即飞离加工面。

5、铣刀的齿数(齿距) 选择
　　铣刀齿数多，可提高生产效率，但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制，不同直径的铣刀的齿数均有相应规定。为满足不同用户的需要，同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。
　　粗齿铣刀　适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工；当机床功率较小时，为使切削稳定，也常选用粗齿铣刀。
　　中齿铣刀　系通用系列，使用范围广泛，具有较高的金属切除率和切削稳定性。
　　密齿铣刀　主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生产(如流水线加工)中，为充分利用设备功率和满足生产节奏要求，也常选用密齿铣刀(此时多为专用非标铣刀)。
　　为防止工艺系统出现共振，使切削平稳，还有一种不等分齿距铣刀。如WALTER公司的NOVEX系列铣刀均采用了不等分齿距技术。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。
6、铣刀直径的选择
　　铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大，刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。
1)平面铣刀
　　选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按D＝1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。
2）立铣刀
　　立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度(60m/min)。
3）槽铣刀
　　槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择，并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。

7、铣刀的最大切削深度
　　不同系列的可转位面铣刀有不同的最大切削深度。最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大，价格也越高，因此从节约费用、降低成本的角度考虑，选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大切削深度选择合适的规格。当然，还需要考虑机床的额定功率和刚性应能满足刀具使用最大切削深度

时的需要。
8、刀片牌号的选择
合理选择刀片硬质合金牌号的主要依据是被加工材料的性能和硬质合金的性能。一般选用铣刀时，可按刀具制造厂提供加工的材料及加工条件，来配备相应牌号的硬质合金刀片。
　　由于各厂生产的同类用途硬质合金的成份及性能各不相同，硬质合金牌号的表示方法也不同，为方便用户，国际标准化组织规定，切削加工用硬质合金按其排屑类型和被加工材料分为三大类：P类、M类和K类。根据被加工材料及适用的加工条件，每大类中又分为若干组，用两位阿拉伯数字表示，每类中数字越大，其耐磨性越低、韧性越高。
　　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。其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。
　　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。其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越

小。
　　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。其中，组号越大，则可选用越大的进给量和切削深度，而切削速度则应越小。　　

各厂生产的硬质合金虽然有各自编制的牌号，但都有对应国际标准的分类号，选用十分方便。

七、总结、作业：在生活中多观察一些用品的曲面以及分析各自特点；在学习中多研究铣刀的构造及用途