如何选择合适的铣刀和铣削方式？

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兔基

2021-01-08 04:38:13

选择合适的铣削刀具，在面铣加工中采用滚动切入法，以及在条件适合时用铣刀进行孔加工，制造商可以在无需投资购买新设备的情况下，大幅提高生产能力，提高加工效率而节省大量时间和成本。

　　在选择适合加工任务的铣刀时，必须考虑被加工零件的几何形状、尺寸和工件材质的各种问题。

　　铣刀主偏角

　　主偏角为切削刃与切削平面的夹角。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。

　　在铣削带方肩的平面时选用 90°主偏角。该类刀具通用性好，在单件、小批量加工中选用。由于该类刀具的径向切削力等于切削力，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。

　　在加工带方肩的平面时，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。90°方肩铣刀进行平面铣削的情况也十分常见。在某些情况下，这种选择有其合理性。铣削的工件形状不规则，或铸件表面会导致切深量发生变化，方肩铣刀可能是最佳选择。但在其他情况下，选用标准的45° 面铣刀可能会获益更多。

　　当铣刀的切入角小于90°时，由于切屑变薄，轴向切屑厚度会小于铣刀的进给率，则铣刀切入角将对其适用的每齿进给量产生很大的影响。

　　在面铣加工中，切入角为45°的面铣刀会使切屑变得更薄。随着切入角的减小，切屑厚度会小于每齿进给量，而这反过来可以使进给率提高到原来的1.4倍。45°主偏角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，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。

　　铣刀尺寸选择

　　标准可转位面铣刀直径规格为Φ16～Φ630mm。铣刀的直径应根据铣削宽度、深度选择，一般铣前深度、宽度越大，铣刀直径也应越大。粗铣时，铣床铣刀直径要小些;精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。

　　在对大型零件进行面铣加工时，都是使用直径较小的铣刀，这就为提高生产率留下了很大余地。在理想情况下，铣刀应有70％的切削刃参与切削。用铣刀铣孔时，刀具尺寸变得尤为重要。相对于孔径而言，铣刀的直径太小，则加工时可能会在孔的中心形成一个料芯。当料芯落下时，可能会损坏工件或刀具。铣刀直径过大，则会损坏刀具本身和工件，因为铣刀不在中心切削，可能会在刀具底部发生碰撞。

　　铣削方式选择

　　改进铣削加工的另一种方式是优化面铣刀的铣削策略。在对平面铣削进行加工编程时，用户必须首先考虑刀具切入工件的方式。通常，铣刀都是简单地直接切入工件(图 1)。这种切入方式通常会伴随很大的冲击噪声，这是因为当刀片退出切削时，铣刀所产生的切屑最厚所致。由于刀片对工件材料形成很大的冲击，往往会引起振动，并产生会缩短刀具寿命的拉应力。

图1 面铣刀直接切入工件会引起振动和产生拉应力

图2 旋转切入法可以减小振动和作用于刀具的拉应力

　　一种更好的进刀方式是采用滚动切入法，即在不降低进给率和切削速度的情况下，铣刀滚动切入工件(图2)。这意味着铣刀必须顺时针旋转，确保其以顺铣方式进行加工。这样形成的切屑由厚到薄，从而可以减小振动和作用于刀具的拉应力，并将更多切削热传入切屑中。通过改变铣刀每次切入工件的方式，可使刀具寿命延长1－2倍。为了实现这种进刀方式，刀具路径的编程半径应采用铣刀直径的1/2，并增大从刀具到工件的偏置距离。

　　虽然滚动切入法主要用于改进刀具切入工件的方式，但相同的加工原理也可应用于铣削的其他阶段。对于大面积的平面铣削加工，常用的编程方式是让刀具沿工件的全长逐次走刀铣削，并在相反方向上完成下一次切削。为了保持恒定的径向吃刀量，消除振动，采用螺旋下刀和滚动铣削工件转角相结合的走刀方式通常效果更好。

图3 螺旋刀轨有助于消除振动和延长刀具寿命

　　机械师们对振动引起的切削噪声都很熟悉，它通常发生在刀具切入工件时，或刀具在吃刀状态下进行90°急剧转向时。滚动铣削工件转角可以消除这种噪声和延长刀具寿命。一般来说，工件的转角半径应为铣刀直径的75%－100%，这样可以缩短铣刀的吃刀弧长和减小振动，并允许采用更高的进给率。

　　为了延长刀具寿命，在面铣加工中，应尽量避免刀具从工件上的孔或中断部位通过（如果可能的话）。当面铣刀从工件上一个孔的中间通过时，刀具在孔的一侧是顺铣，而在孔的另一侧是逆铣，这样会对刀片造成很大冲击。通过在对刀具路径编程时绕过孔和凹腔，就可以避免发生这种情况。

顺铣逆铣

图4

　　越来越多的制造商利用铣刀以螺旋插补或圆周插补方式来加工孔。虽然这种方法的加工速度比钻孔略逊一筹，但对于许多加工来说却更具优势。

　　在不规则表面上钻孔时，钻头可能很难沿中心线钻入工件，从而导致钻头在工件表面发生偏移。此外，钻头每加工25mm的孔径，就需要大约10马力的功率，这就意味着，在小功率机床上钻孔时，可能达不到所需的最佳功率值。此外，某些零件上需要加工许多不同尺寸的孔，如果机床的刀库容量有限，采用铣孔方式则可避免机床因更换刀具而频繁停机。

　　用铣刀铣孔时，刀具尺寸变得尤为重要。如果相对于孔径而言，铣刀的直径太小，则加工时可能会在孔的中心形成一个料芯（图5）。当该料芯落下时，可能会损坏工件或刀具。如果铣刀直径过大，则会损坏刀具本身和工件，因为铣刀不在中心切削，可能会在刀具底部发生碰撞（图6）。