铣削原理应用与铣刀设计、改制实例

3)刀具对铣削力的影响比较的大小。
第一节 铣削原理及其应用
4)刀具磨损对铣削力的影响较大，磨损后的铣刀后角等于零，作用在 后刀面的正压力和摩擦力增大，因而铣削力增大，磨损超过一定限度
数值后，铣削力将急剧上升。
2.铣削力和铣削功率的计算方法
(1)用单位铣削力估算铣削力和铣削功率
对于刀具的几何角度，是在刀具工作过程中的实效几何角度，这类角
度称为刀具的工作角度。
第一节 铣削原理及其应用
图3-1 刀具工作参考系的空间立体图
第一节 铣削原理及其应用
图3-2 刀具工作参考系的平面投影图
2.刀具工作参考系
第一节 铣削原理及其应用
图3⁃1及图3⁃2所示分别为刀具工作参考系的空间立体图，它的各组成 平面的定义如表3⁃1所示。
2)增大铣刀的前角。
3)减小铣削厚度。 4)采用低速或高速切削，避开容易形成积屑瘤的铣削速度。
5)对工件材料进行适当的热处理，提高其硬度，减小塑性。
6)采用抗粘结性能好的切削液(如含硫、氯的极压切削液)。
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
一、新型铣刀的发展趋势*
1.新型刀具材料及其应用特点
采用各种新型刀具材料，使得新型铣刀具有更高的强度、硬度和耐磨 性。 (1)粉末高速钢 粉末高速钢是用粉末冶金工艺制成，由于碳化物颗 粒小而均匀，可磨削性能优于通用高速钢，淬火变形小，约为熔炼高
④ 将刀齿法前角换算成前角：
第一节 铣削原理及其应用
二、铣削力和铣削功率的估算
1.铣削力的来源、分解及其影响因素
(1)铣削力的来源 铣削力的来源有两个方面：一是工件切削层金属、
切屑和工件表面层金属的弹性变形和塑性变形所产生的抗力；二是铣 刀与切屑、工件表面之间的摩擦阻力。 (2)铣削力的分解
1)作用在铣刀上的铣削力，即铣刀所承受的铣削合力F可以沿切向、
0％～50％。
(3)涂层硬质合金 涂层硬质合金刀片的产生是近代硬质合金刀具最 重要的进步。
(4)超细晶粒硬质合金 超细晶粒硬质合金是一种高硬度、高强度、
刃口锋利的硬质合金，其晶粒尺寸小于1μm，大部分小于0.5μm。
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
(5)碳、氮化钛基硬质合金
碳、氮化钛基硬质合金是以TiC、TiN为
第一节 铣削原理及其应用
(3)计算实例 如图3-5所示，一把体外刃磨的硬质合金端面铣刀，
其主偏角为75°，刀体槽的位置参数为：刀槽斜角ω＝-7°，槽底倾
角δ＝15°，刀槽偏距e＝27.35mm，铣刀刀尖处的直径D＝315mm。
1)本例可将铣刀的几何角度看成是刀齿的工作角度，则由图可见刀齿 的工作参考系相对于刀齿的静态参考系先后依次转动了G、H及L角，
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
图3-13 整体硬质合金铣刀 a)2齿精铣立铣刀(ϕ0.1~0.95mm) b)2齿球头铣刀(ϕ0.1~0.9mm) c)3齿过中心刃立铣刀(ϕ3~20mm) d)4齿长型立铣刀(ϕ3~20mm)
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
2)采用焊接—机械夹固式结构，这种铣刀的硬质合金刀片是焊接在钢 制小刀体上，然后将小刀体夹固在刀体上。
速钢的1/2～1/3，刀具使用寿命比熔炼高速钢高一倍左右，由于目前
价格贵，适用于制造高性能精密铣刀，如汽轮机叶轮的轮槽铣刀、齿 轮滚刀和立铣刀等。
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
(2)高速钢表面涂层和强化处理 采用物理气相沉积工艺(PVD)，在经 磨光过的高速钢刀具表面，涂一层或多层TiN、TiCN、TiAlN、CrN等 高硬度耐磨层(2～5μm)，可以提高刀具寿命1～3倍，生产效率提高3
第一节 铣削原理及其应用
① 计算平均切削厚度 ② 计算材料切削率
③ 由图3-7查得单位切削功率在(6.0～8.0)×10-5kW· 之间,因材料强
度不高，取pc=6.0×10-5kW· min/mm3。 ④ 计算铣削功率
⑤ 计算铣削力
第一节 铣削原理及其应用
三、积屑瘤的形成原因、特点和控制方法
(1)积屑瘤的形成原因 在靠近切削刃的一部分刀—屑接触区内，由
表3- 4 根据刀具静态角度计算工作角度的公式
第一节 铣削原理及其应用
表3- 4 根据刀具静态角度计算工作角度的公式
3)根据刀具动态角度计算静态角度的公式(表3-5)。
第一节 铣削原理及其应用
表3-5 根据刀具工作角度计算静态角度的公式
第一节 铣削原理及其应用
表3-5 根据刀具工作角度计算静态角度的公式
1)单位铣削力的概念。
2)铣削力和铣削功率估算。
第一节 铣削原理及其应用
表3-������ 6 单位铣削力p(单位：MPa)
第一节 铣削原理及其应用
表3-7 铣削时各铣削分力的比值
解 ① 按材料抗拉强度和每齿进给量查表3-������ MPa，按式(3-2)估算② 按式(3-2) Pc===6kW
假设在初始情况下，刀具的工作参考系与静态参考系是重合的，并沿
基面pr与背平面pp、背平面pp与假定工作平面pf、基面pr与假定工作 平面pf的三条交线，建立一个右手空间直角坐标系O—XYZ。
图3- 4 与静态参考系相固连的空间直角坐标系
第一节 铣削原理及其应用
2)根据刀具静态角度计算工作角度(表3- 4)。
表3-1 组成工作参考系的各平面的定义
3.刀具工作几何角度的定义
第一节 铣削原理及其应用
刀具工作几何角度如图3⁃3所示，各角度的定义见表3⁃2。 1)表3-2所列为主切削刃上的工作角度，对副切削刃上的相应角度可 仿此定义，并在相应的主切削刃角度符号右上角加标“′”，以示区 别。 2)工作刃倾角λse应是工作主切削刃Se与工作基面pre之间的夹角， 因为切削刃上静态主偏角κre＝0°的点与工作主偏角κre＝0°的点 并不一定重合，所以工作切削刃Se与静态主切削刃S也不完全一样，
6得单位铣削力3550
③ 按效率公式计算最小铣床功率 PE===7.5kW
(2)用单位材料切除率估算铣削力和铣削功率 1)材料切除率。
第一节 铣削原理及其应用
表3-������ 8 铣削加工切削层参数和金属切削率
第一节 铣削原理及其应用
2)材料切除率的切削功率。
图3-7 加工各种材料时的单位材料切削率的切削功率
转角分别为
图3-5 面铣刀角度换算实例
第一节 铣削原理及其应用
2)计算刀齿的工作法前角γne 3)根据刀齿工作参考系的转动角度顺序为G、H、L，故计算应按相反 顺序进行： ① 先考虑转动L角的影响： ② 其次考虑转动H角的影响： ③ 最后考虑转动G角的影响：
刀齿的主偏角 κr=κrG=κrH-G=73°40′08″-15°=58°40′08″
第一节 铣削原理及其应用
表3-3 静态参考系内的角度换算关系
(2)不同参考系的角度之间换算 1)影响工作角度的因素。 ① 由于刀具安装后，实际的主运动方向及进给运动方向与假定的主 运动方向和进给运动方向不相一致。
第一节 铣削原理及其应用
② 由于与主运动同时进行的进给运动的存在，使合成切削运动方向 相对主运动方向偏离了一个合成切削速度方向角η。
图3-9 螺尾直柄铣刀装夹
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
5)铣刀的几何参数的设计细化，以适应各种材料切削对铣刀不同几何 参数的要求，主要发展方向为提高铣刀的切削性能和使用寿命，开发
增强切削刃的正前角刀具和大螺旋刀具。
(2)新型高速钢铲齿铣刀的特点 图3-10是粗加工铲齿波形刃铣刀， 这是一种高效率粗加工铣刀，采用铲齿结构可保证重磨后切削刃形状
片流经刀具—工件接触区会造成铣刀后刀面的磨损。
第一节 铣削原理及其应用
2)在积屑瘤形成后，铣刀的工作前角将明显增大，对减小切屑变形及 降低切削力起到了积极作用。
3)由于积屑瘤突出于切削刃之外，使实际的背吃刀量增大，影响工件
的尺寸精度。 4)积屑瘤会在工件表面造成“犁沟”现象，影响工件的表面粗糙度。
铣削原理应用与铣刀设计、改 制实例
第一节
铣削原理及其应用
一、铣刀的静态和工作角度换算*
1.刀具几何角度及其参考系的种类
刀具的几何角度有两类：一类是将刀具看成是一个几何实体，用来确
定切削刃、刀面相对于刀具在制造、刃磨及测量时定位基准的几何位
置的角度，是在刀具工作图上所标注的角度，这类角度称为刀具的静 态角度或标注角度；另一类是在切削过程中用来确定切削刃、刀面相
第一节 铣削原理及其应用
4.刀具几何角度的换算
在刀具的设计、制造、改制、刃磨及测量中，经常需要进行角度换算。 (1)同一参考系内的角度换算 表3-3所列是静态参考系内的角度换算
关系。
第一节 铣削原理及其应用
表3-3 静态参考系内的角度换算关系
第一节 铣削原理及其应用
表3-3 静态参考系内的角度换算关系
主要成分，再加入其他碳化物或氮化物，以镍、钼为粘结剂烧结而成。
(6)陶瓷 陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度(91～95HRA)和耐热性，
在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗 粘结和抗扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削。
第二节 新型铣刀的结构与使用特点
表3-9 陶瓷与硬质合金的性能对比
于正压力很大，使切屑底层金属嵌入前刀面上的微观不平的峰谷内，
形成无间隙的真正的金属间接触而产生粘结现象，这部分刀—屑接触 区被称为粘结区。
(2)积屑瘤的特点及其对铣削加工的影响
1)积屑瘤硬度比工件材料高1.5～2.5倍，可代替切削刃及前刀面进行 切削，有保护切削刃、减小前刀面磨损的作用，但积屑瘤脱落时的碎
5)积屑瘤的碎片会粘结或嵌入工件表面，造成硬质点，影响工件表面
的质量。 根据以上分析，积屑瘤对切削加工，特别是对精加工是不利的。