平面铣削工艺、编程
5. 5平面铳削工艺、编程
5. 5. 1平面铣削加工的内容、要求
平面铳削通常是把工件表面加工到某一高度并达到一定表面质量要
求的加工。
分析平面铳削加工的内容应考虑：加工平面区域大小，加工面相对
基准面的位置；分析平面铳削加工要求应考虑：加工平面的表面粗糙度要
求，加工面相对基准面的定位尺寸精度，平行度，垂直度等要求。
如图5-5-1所示工件的上表面，区域大小为80 X 120 矩形，距基准
面40 mm高度位置，并相对基准面A有0.08 伽的平行度要求，形状公
差0.04 m平面度要求，Ra3.2表面质量要求。
平面铳削加工内容、要求的正确分析是进行平面铳削工艺设计的前
提。
5. 5. 2平面铣削方法
(a)立铳刀周铳平面图(b )面铳刀端铳平面
图5-5-2平面铳削方法
对平面的铳削加工，存在用立铳刀周铳和面铳刀端铳两种方式，如图端铳有如下
特点：
1、用端铳的方法铳出的平面，其平面度的好坏主要取决于铳床主轴轴线与进给方向的垂直度。面铳刀加工时，它的轴线垂直于工件的加工表面。
2、端铳用的面铳刀其装夹刚性较好，铳削时振动较小。
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图5-5-1工平面加工工件
5-5-2。用面铳刀
3、端铳时，同时工作的刀齿数比较周铳时多，工作较平稳。这时因为端铳时刀齿在铳削层宽度的范围内工作。
4、端铳用面铳刀切削，其刀齿的主、副切削刃同时工作，由主切削刃切去大部分余量，
副切削刃则可起到修光作用，铳刀齿刃负荷分配也较合理，铳刀使用寿命较长，且加工表面
的表面粗糙度值也比较小。
5、端铳的面铳刀，便于镶装硬质合金刀片进行高速铳削和阶梯铳削，生产效率高，铳削表面质量也比较好。
一般情况下，铳平面时，端铳的生产效率和铳削质量都比周铳高，所以平面铳削应尽量端铳方法。一般大面积的平面铳削使用面铳刀，在小面积平面铳削也可使用立铳刀端铳。
5. 5. 3面铣刀及选用
面铳刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。由于面铳刀的直径一
般较大，为0 50?500mm,故常制成套式镶齿结构，即将刀齿和刀体分开，刀体采用40Cr
制作，可长期使用。硬质合金面铳刀与高速钢面铳刀相比，铳削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，在数控面铳削时得到广泛应用。
图5-5-3可转位面铳刀
1.硬质合金可转位式面铣刀
硬质合金可转位式面铳刀（可转位式端铳刀），如图5-5-3所示。这种结构成本低，制作方便，刀刃用钝后，可直接在机床上转换刀刃和更换刀片。
可转位式面铳刀要求刀片定位精度高、夹紧可靠、排屑容易、更换刀片迅速等，同时各定位、夹紧元件通用性要好，制造要方便，降低成本，操作使用方便。
硬质合金面铳刀与高速钢面铳刀相比，铳削速度较高、加工效率高、加工表面质量也较
好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，在提高产品质量和加工效率等方面都具有明显的优
越性。
平面铳削时，面铳刀直径尺寸的选择是重点考虑问题之一。
对于面积不太大的平面，宜用直径比平面宽度大的面铳刀实现单次平面铳削，平面铳刀
最理想的宽度应为材料宽度的 1.3?1.6倍。1.3?1.6倍的比例可以保证切屑较好的形成和排
出。
对于面积太大的平面，由于受到多种因素的限制，如，考虑到机床功率、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削的深度和宽度以及其他加工因素，面铳刀刀具直径不可
能比加工平面宽度更大时，宜选用直径大小适当的面铳刀分多次走刀铳削平面。特别是平面
粗加工时，切深大、余量不均匀，考虑到机床功率和工艺系统的受力，铳刀直径D不宜过大。
工件分散的、较小面积平面，可选用直径较小的立铳刀铳削。
面铳时，应尽量避免面铳刀刀具的全部刀齿参与铳削，即应该避免对宽度等于或稍微大
于刀具直径的工件进行平面铳削。面铳刀整个宽度全部参与铳削(全齿铳削)会迅速磨损镶
刀片的切削刃，并容易使切屑粘结在刀齿上。此外工件表面质量也会受到影响，严重时会造
成镶刀片过早报废，从而增加加工的成本。
3 ?面铣刀刀齿选用
面铳刀齿数对铳削生产率和加工质量有直接影响，齿数越多，同时参与切削的齿数也多，生产率高，铳削过程平稳，加工质量好，但要考虑到其负面的影响：刀齿越密，容屑空间小，排屑不畅，因此只有在精加工余量小和切屑少的场合用齿数相对多的铳刀。
可转位面铳刀的齿数根据直径不同可分为粗齿、细齿、密齿三种。粗齿铳刀主要用于粗加工；细齿铳刀用于平稳条件下的铳削加工；密齿铳刀的每齿进给量较小，主要用于薄壁铸铁的加工。
面铳刀主要以端齿为主加工各种平面。刀齿主偏角一般为450、600、750、900，主偏角
为90。的面铳刀还能同时加工出与平面垂直的直角面，这个面的高度受到刀片长度的限制。
图5-5-4铳削中刀具相对于工件的位置
5. 5. 4平面铣削的路线设计
平面铳削中，刀具相对于工件的位置选择是否适当将影响到切削加工的状态和加工质量，现分析图5-5-4中面铳刀进入工件材料时的位置对加工的影响。
⑴刀心轨迹与工件中心线重合
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如图5-5-4a，刀具中心轨迹与工件中心线重合。单次平面铳削时，当刀具中心处于工件中间位置，容易引起颤振，从而影响到表面加工质量，因此，应该避免刀具中心处于工件中间位置。
⑵刀心轨迹与工件边缘重合。
如图5-5-4b，当刀心轨迹与工件边缘线重合时，切削镶刀片进人工件材料时的冲击力最
大，是最不利刀具寿命和加工质量的情况。因此应该避免刀具中心线与工件边缘线重合。
⑶刀心轨迹在工件边缘外
如图5-5-4C，刀心轨迹在工件边缘外时，刀具刚刚切入工件时，刀片相对工件材料冲击速度大，引起碰撞力也较大。容易使刀具破损或产生缺口，基于此，拟定刀心轨迹时，应避免刀心在工件之外。
⑷刀心轨迹在工件边缘与中心线间
如图5-5-4d，当刀心处于工件内时，已切入工件材料镶刀片承受最大切削力，而刚切入 (撞入)工件的刀片将受力较小，弓I起碰撞力也较小，从而可延长镶刀片寿命，且引起的震动也小一些。
因此尽量让面铳刀中心在工件区域内。但要注意：当工件表面只需一次切削时，应避免刀心轨迹线与工件表面的中心线重合。
由上分析可见：拟定面铳刀路时，应尽量避免刀心轨迹与工件中心线重合、刀心轨迹与
工件边缘重合、刀心轨迹在工件边缘外的三种情况，设计刀心轨迹在工件边缘与中心线间是
理想的选择。
(a)
图5-5-5刀心在工件内的两种情况的比较
再比较如图5-5-5两个刀路，虽然刀心轨迹在工件边缘与中心线间，但图5-5-5b面铳刀
整个宽度全部参与铳削，刀具容易磨损；图5-5-5a所示的刀具铳削位置是合适的。
5. 5. 5平面铣削用量
铳削用量选择的是否合理，将直接影响到铳削加工的质量。
平面铳削分粗铳、半精铳、精铳三种情况，粗铳时，铳削用量选择侧重考虑刀具性能、
工艺系统刚性、机床功率、加工效率等因素。精铳时侧重考虑表面加工精度的要求。
1 ?平面粗铣用量
粗铳加工时，余量多，要求低，铳削用量的选择时主要考虑工艺系统刚性、刀具使用寿命、机床功率、工件余量大小等因素。
首先决定较大的Z向切深和切削宽度。铳削无硬皮的钢料，Z向切深一般选择3?5mm,
铳削铸钢或铸铁时，Z向切深一般选择5?7 mm。切削宽度可根据工件加工面的宽度尽量一次铳出，当切削宽度较小时，Z向切深可相应增大。
选择较大的每齿进给量有利于提高粗铳效率，但应考虑到：当选择了较大的Z向切深和
切削宽度后，工艺系统刚性是否足够？
当Z向切深、切削宽度、每齿进给量较大时，受机床功率和刀具耐用度的限制，一般选择较低铳削速度。
2 ?平面精铣用量
当表面粗糙度要求在Ra1.6?3.2卩m范围时，平面一般采用粗、精铳两次加工。经过粗铳加工，精铳加工的余量为0.5?2 mm,考虑到表面质量要求，选择较小的每齿进给量。此时加工余量比较少，因此可尽量选较大铳削速度。
表面质量要求较高（Ra0.4?0.8卩m ）,表面精铳时的深度的选择为0.5mm左右。每齿
进给量一般选较小值，高速钢铳刀为0.02?0.05mm，硬质合金铳刀为0.10?0.15mm。铳削
速度在推荐范围内选最大值。女口，当采用高速钢铳刀铳削一般中碳钢或灰口铸铁时，铳削速
度在20?60m/min之间选大值，当采用硬质合金铳刀铳削上述材料时，铳削速度在90?
200m/min之间选大值。
Z向切深、进给量推荐范围如表5-5-1、表5-5-2。
表5-5-1铳平面后精加工余量
5. 5. 6单次面铣的加工实例
加工如图5-5-1所示工件，设基准A面及四个侧面已经在普通铳床加工，现要在数控铳
床上加工上表面，保证最终厚度为40伽，且满足如图标注的形位公差和表面质量要求。上表面有余量5伽。设工件坐标系如图所示5-5-1。
1.选择平面铳刀
工件上表面宽80 mm,面宽不太大，拟用直径比平面宽度大的面铳刀单次铳削平面，平
面铳刀最理想的宽度应为材料宽度的 1.3?1.6倍。女口，那么选用$ 125 mm的面铳刀比较合适(125 : 80~ 1.5),当刀具中心偏离工件的中心时，刀具与工件的两边都有一定的重叠，如
图5-5-6。
选用标准$ 125数控硬质合金可转位面铳刀，选择刀齿数为&
2?切削的起点和终点及刀路：
选定直径后，便可考虑起点和终点位置了。出于安全考虑，刀具需要在工件外有足够的
安全间隙处移至Z向加工深度，并确定刀具沿X轴(水平)从右到左方向切削。
如图5-5-6，选择工件零点(X0 , Y0 )在工件对称线的右端。本例工件长度为120 mm,刀具半径为62.5 m叭选择安全间隙为12.5 m叭所以起点的X位置为X=62.5+12.5=75。
当Y=-10时，刀具中心偏离工件的中心，刀具超出工件边线32.5 mm,是刀具直径的25%
左右。刀具直径的1/4到1/3超出工件两侧，可以得到适当的刀齿切入角，并基本保证顺
铳方式(实际上顺铳中通常也混有一部分逆铳，这是平面铳削中的正常现象) 。
如图5-5-6，最终确定起点(X75,Y-10)和终点(X-195,Y-10)。
3.切削参数的选择
设面铳刀分二次铳削到指定的高度，粗铳切深4 mm,留有1 mm的精加工余量，工序尺寸
41 00.3，精加工保证40± 0.02。
粗铳时，因面铳刀有8个刀齿(Z=8)，为刀齿中等密度铳刀，选f z=0.12，则f=8X 0.12 ?1;参考
V=55?105m/min，综合其它因素选V=62.5 m/min，则主轴转速S=318 X62.5/125 ~ 150r/min，计算进给速度F=f zX Z X S=1 X 150=150 m /min。
精铳时，为保证表面质量，Ra3.2，选f=0.6，参考V=55?105m/min，综合切深小，进
给量小，切削力小的因素，选V=100 m/min，则主轴转速S=318X 100/125?300r/min，计算
进给速度F=f X S=0.6X 300=180 m/min。
4.平面铳削编程
选择工件上表面为程序原点O0010
G21 G90 G54;
（平面粗铳）
S150 M03;
G00 X75 .0Y-10.0
G43 Z20.0 H01 ;
G0Z1.0 M08;
G1X-190. F150 ;(Z0)，单次平面铳削的程序如下:
图5-5-6单次铳削中平面铳刀刀路位置设定
GOO Z20.0 ;
(平面精铳)
S300 M03
GOO X75 .0Y-10.0
GOZO.O M08;
G1X-190. F180 ;
GOO Z20.0 ;
M05 MO9
G49 G28 Z2O.O ;
M3O
5. 5. 7大平面铣削时的刀具路线
单次平面铳削的一般规则同样也适用于多次铳削。由于平面铳刀直径的限制而不能一次
切除较大平面区域内的所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。
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图5-5-7面铳的多次切削刀路
铳削大面积工件平面时，分多次铳削的刀路有好几种，如图2-1-7，最为常见的方法为
同一深度上的单向多次切削和双向多次切削。
1 ?单向多次切削粗精加工的路线设计
如图5-5-7a、b为单向多次切削粗精加工的路线设计。
单向多次切削时，切削起点在工件的同一侧，另一侧为终点的位置，每完成一次工作进给的切削后，刀具从工件上方快速点定位回到与切削起点在工件的同一侧，这是平面精铳削
时常用的方法，但频繁的快速返回运动导致效率很低，但这种刀路能保证面铳刀的切削总是
顺铳。
2?双向来回Z形切削
双向来回切削也称为Z形切削，如图5-5-7c、d，显然它的效率比单向多次切削要高，但它在面铳刀改变方向时，刀具要从顺铳方式改为逆铳方式，从而在精铳平面时影响加工质
量，因此平面质量要求高的平面精铳通常并不使用这种刀路，但常用于平面铳削的粗加工。
为了安全起见，刀具起点和终点设计时，应确保刀具与工件间有足够的安全间隙。