第七章平面与成形面加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍平面与成形面加工刀具的类型、结构和工作原理,如铣刀、成形 车刀、成形铣刀。 【目的要求】 1.明确平面与成形面加工刀具的类型; 2.掌握铣刀的结构特点、切削参数及应用场合:会根据具体加工工艺情况选 择铣刀的类型。 3.了解成形刀具的结构及性能 【本章内容】 第一次课 §7-1铣刀 在金属切削加工中,铣刀是最常用的平面加工刀具。铣刀不但能完成简单平面的加工, 而且还能完成不同方位平面的加工,或由多个简单平面构成的表面的加工。 铣刀的种类很多,常用的有圆柱铣刀、端铣刀、键槽铣刀、立铣刀、模具铣刀、半圆键 槽铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀等。 本节以圆柱铣刀和硬质合金端铣刀为代表,来讲述铣刀切削部分的几何角度、铣削要素、 铣削方式和铣削特点等,并简介其它常用铣刀的结构特点与应用等。 、铣削运动 铣削的主运动是铣刀的旋转运动。进给运动一般有纵向、横向和垂直进给 二、铣刀的几何角度 1.圆柱铣刀 圆柱铣刀有直齿和螺旋齿之分,前者切削刃与铣刀轴线平行:后者切削刃与铣刀轴线成 螺旋角Wc,。对于直齿圆柱铣刀,其前、后角在主剖面中表示,由于进给剖面与主剖面重 合,故有: YEY af-ao
第七章 平面与成形面加工刀具 【内容提要】 本章主要介绍平面与成形面加工刀具的类型、结构和工作原理，如铣刀、成形 车刀、成形铣刀。 【目的要求】 1．明确平面与成形面加工刀具的类型； 2．掌握铣刀的结构特点、切削参数及应用场合；会根据具体加工工艺情况选 择铣刀的类型。 3．了解成形刀具的结构及性能。 【本章内容】 第一次课 §7-1 铣 刀 在金属切削加工中，铣刀是最常用的平面加工刀具。铣刀不但能完成简单平面的加工， 而且还能完成不同方位平面的加工，或由多个简单平面构成的表面的加工。 铣刀的种类很多，常用的有圆柱铣刀、端铣刀、键槽铣刀、立铣刀、模具铣刀、半圆键 槽铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、锯片铣刀等。 本节以圆柱铣刀和硬质合金端铣刀为代表，来讲述铣刀切削部分的几何角度、铣削要素、 铣削方式和铣削特点等，并简介其它常用铣刀的结构特点与应用等。 一、铣削运动 铣削的主运动是铣刀的旋转运动。进给运动一般有纵向、横向和垂直进给。 二、铣刀的几何角度 1．圆柱铣刀 圆柱铣刀有直齿和螺旋齿之分，前者切削刃与铣刀轴线平行；后者切削刃与铣刀轴线成 一螺旋角 Wc，。对于直齿圆柱铣刀，其前、后角在主剖面中表示，由于进给剖面与主剖面重 合，故有：
(a)圆柱铣刀 (b)端铁刀 (c)硬质合金端铁刀 d)键檜铣刀 (e)立铁刀 )模具铁刀 g)半圆键槽铣刀 h)三面刀铁刀 (锯片铣刀 0角度铣刀 铁刀的类型 ve合成运动方向 v主运动方向 主运动方向v 进给运动方向vr 合成运动方向v vf进给运动方向 (a)圆柱铣刀铣削 (b)端铣刀铣削 铣削运动 对于螺旋齿圆柱铣刀,为了制造与测量的方便,一般标注法前角γn。法前角γn与前 角γo的关系由前述可知, tan yn= tany ocos As,而后角在主剖面Po内测量,即aoa 铣刀的刃倾角λs,即为铣刀的螺旋角ω。对于直齿圆柱铣刀,λs=0°对于螺旋齿圆柱 铣刀,As=
对于螺旋齿圆柱铣刀，为了制造与测量的方便，一般标注法前角γn。法前角γn 与前 角γo 的关系由前述可知，tanγn=tanγocosλs，而后角在主剖面 Po 内测量，即αo。 铣刀的刃倾角λs，即为铣刀的螺旋角ω。对于直齿圆柱铣刀，λs=0°对于螺旋齿圆柱 铣刀，λs=ω
o-O(Po) N (a)直齿 (b)螺旋齿 圆柱铣刀的几何角度 螺旋齿圆柱铣刀,因螺旋角ω的缘故,铣削时切削刃是逐渐切入、切出工件金属层的, 再加上同时工作齿数多,故铣削较直齿平稳,排屑也比较顺利:又因As=心,也具有斜角切 削的特点,因此实际切削前角γoe比γn大很多,这就大大改善了切削条件 2.端铣刀 由于端铣刀每一个刀齿即为一把车刀,因此,端铣刀的几何角度与车刀相似。 通过对车刀、钻头和铣刀几何角度的分析可知,尽管它们的结构与形状不同,但以切削 刃为单元,则分析它们几何角度的方法和所得的结果是相同的 3.铣刀几何角度的选择 铣刀几何角度的选择,除遵循第四章刀具几何参数的选择原则外,还必须考虑铣削的自 身特点,如铣削过程的断续切削和切削厚度随时变化等。对于硬质合金端铣刀为避免刀齿受 冲击后而崩刃,一般将前角与刃倾角均选成负值 三、铣削要素 (一)铣削用量 如图所示,铣削用量的计算如下。 a)圆柱铣削 (b)端铣 1.铣削速度
螺旋齿圆柱铣刀，因螺旋角ω的缘故，铣削时切削刃是逐渐切入、切出工件金属层的， 再加上同时工作齿数多，故铣削较直齿平稳，排屑也比较顺利；又因λs=ω，也具有斜角切 削的特点，因此实际切削前角γoe 比γn 大很多，这就大大改善了切削条件。 2．端铣刀 由于端铣刀每一个刀齿即为一把车刀，因此，端铣刀的几何角度与车刀相似。 通过对车刀、钻头和铣刀几何角度的分析可知，尽管它们的结构与形状不同，但以切削 刃为单元，则分析它们几何角度的方法和所得的结果是相同的。 3．铣刀几何角度的选择 铣刀几何角度的选择，除遵循第四章刀具几何参数的选择原则外，还必须考虑铣削的自 身特点，如铣削过程的断续切削和切削厚度随时变化等。对于硬质合金端铣刀为避免刀齿受 冲击后而崩刃，一般将前角与刃倾角均选成负值。 三、铣削要素 (一)铣削用量 如图所示，铣削用量的计算如下。 1．铣削速度
1000 (m/min) 式中do-—铣刀的直径,mm:m-—铣刀转速,r/rain 2.进给量f 铣削进给量有每齿、每转和每分钟三种表示法。 (1)每齿进给量fz指铣刀每转过一个刀齿时,铣刀与工件的相对位移,单位为m/z (2)每转进给量f指铣刀每转一转时,铣刀与工件的相对位移,即 f=fzz (mm/r) 式中z——铣刀的齿数 (3)每分钟进给量vf指铣刀相对于工件每分钟的位移量,即 uf=fn=fzn(mm/min) 3.铣削深度ap 指基面内平行于铣刀轴线度量的切削层尺寸 4。铣削宽度 指在垂直于铣刀轴线的平面内度量的切削层尺寸。它是铣削时特有的一个参数,其大小 取决于同时工作齿数的多少。 (二)切削层参数 1.圆柱铣刀 (1)切削厚度hD指铣刀相邻两齿所形成的加工表面问的垂直距离,即 hD= isinψ 式中ψ一一瞬时接触角,通常以ψ=δ/2处的切削厚度为平均切削厚度,于是有 hAv=fx 2 式中hDav——铣削时的平均切削厚度,mm (2)切削宽度bD根据定义,切削宽度是在基面内沿加工表面所度量的切削层尺寸。 但为研究问题方便起见,常采用实际切削宽度bDs,即铣刀切削刃与工件切削层的实际接触 长度。对于直齿圆柱铣刀铣削时,bD=ap=常数,由于每一个刀齿突然切入与切出,故铣削力 波动大:对于螺旋齿圆柱铣刀铣削时,由于螺旋角ω的作用,bDs是变化的,刀齿刚切入工 件时,bDs很小,以后逐渐增大,切离时又逐渐减小,因而铣削过程较直齿平稳。 (3)平均切削总面积ADav铣削时的切削总面积为各刀齿切削面积之和。但因铣削时 每齿的切削厚度hD是变化的,螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度也是变化的,并且同时工作齿数 ze也在变化,所以直齿、螺旋齿圆柱铣刀铣削时的切削总面积是变化的,故常用平均切削 总面积计算 Qz_ae_f2aeapzn_f2 leapt Uc Taon Idon
式中 do——铣刀的直径，mm； n——铣刀转速，r／rain。 2．进给量 f 铣削进给量有每齿、每转和每分钟三种表示法。 (1)每齿进给量 fz 指铣刀每转过一个刀齿时，铣刀与工件的相对位移，单位为 mm／z。 (2)每转进给量 f 指铣刀每转一转时，铣刀与工件的相对位移，即 式中 z——铣刀的齿数。 (3)每分钟进给量νf 指铣刀相对于工件每分钟的位移量，即 3．铣削深度 ap 指基面内平行于铣刀轴线度量的切削层尺寸。 4。铣削宽度 ae 指在垂直于铣刀轴线的平面内度量的切削层尺寸。它是铣削时特有的一个参数，其大小 取决于同时工作齿数的多少。 (二)切削层参数 1．圆柱铣刀 (1)切削厚度 hD 指铣刀相邻两齿所形成的加工表面问的垂直距离，即 式中 ψ——瞬时接触角， 通常以ψ=δ/2 处的切削厚度为平均切削厚度，于是有 式中 hDav——铣削时的平均切削厚度，mm。 (2)切削宽度 bD 根据定义，切削宽度是在基面内沿加工表面所度量的切削层尺寸。 但为研究问题方便起见，常采用实际切削宽度 bDs，即铣刀切削刃与工件切削层的实际接触 长度。对于直齿圆柱铣刀铣削时，bD=ap=常数，由于每一个刀齿突然切入与切出，故铣削力 波动大；对于螺旋齿圆柱铣刀铣削时，由于螺旋角ω的作用，bDs 是变化的，刀齿刚切入工 件时，bDs 很小，以后逐渐增大，切离时又逐渐减小，因而铣削过程较直齿平稳。 (3)平均切削总面积 ADav 铣削时的切削总面积为各刀齿切削面积之和。但因铣削时 每齿的切削厚度 hD 是变化的，螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度也是变化的，并且同时工作齿数 ze 也在变化，所以直齿、螺旋齿圆柱铣刀铣削时的切削总面积是变化的，故常用平均切削 总面积计算：
式中Qz-—单位时间内的金属切除量:z——铣刀的齿数。 2.端铣刀 (1)切削厚度hD在端铣时刀齿切入、切出时的切削厚度为最小,在铣刀中心移动的 轨迹位置时切削厚度为最大。其任意一点的切削厚度为 hp=f2cosdsinKr 式中ψ一一瞬时接触角,是由铣刀中心移动轨迹分别向切入或切出位置两侧度量的角 度 根据数学推导,平均切削厚度为: hr ae sinn, dod 式中8——切入角(81为切出角)。 (2)切削宽度bD在铣削过程中,切削宽度保持不变 bD sink (3)平均总切削面积ADav Apv =hDay bpze fiae sinK ap-2 28-f2c lean Sink 2T rde 第四次课 四、铣削力 1.作用于铣刀上的铣削力 铣削时,由于切削变形与摩擦,铣刀每一参与切削的刀齿上都受到铣削力。为了实际应 用,通常假定各刀齿上的铣削力的合力F作用于某个刀齿上,并将它分解为三个相互垂直的 分力 1)主切削力FC它是作用于铣刀圆周切线方向的分力,也称圆周力,消耗功率最多 (2)径向力Fp它是作用于铣刀半径方向的分力。它使刀杆弯曲,影响铣削的平稳性 (3)轴向力F0它是沿铣刀轴线方向的分力。 Fp与FO的大小,若圆柱铣刀铣削时,则与螺旋角ω的大小有关;若端铣刀铣削时,则 与主偏角Kr的大小有关。 圆柱铣刀和端铣刀的主切削力FC可按经验公式进行计算。当被加工材料的强度和硬度 不同时,需乘以修正系数KFC
式中 Qz——单位时间内的金属切除量； z——铣刀的齿数。 2．端铣刀 (1)切削厚度 hD 在端铣时刀齿切入、切出时的切削厚度为最小，在铣刀中心移动的 轨迹位置时切削厚度为最大。其任意一点的切削厚度为： 式中 ψ——瞬时接触角，是由铣刀中心移动轨迹分别向切入或切出位置两侧度量的角 度。 根据数学推导，平均切削厚度为： 式中δ——切入角(δ1 为切出角)。 (2)切削宽度 bD 在铣削过程中，切削宽度保持不变。 (3)平均总切削面积 ADav 第四次课 四、铣削力 1．作用于铣刀上的铣削力 铣削时，由于切削变形与摩擦，铣刀每一参与切削的刀齿上都受到铣削力。为了实际应 用，通常假定各刀齿上的铣削力的合力 F 作用于某个刀齿上，并将它分解为三个相互垂直的 分力。 (1)主切削力 FC 它是作用于铣刀圆周切线方向的分力，也称圆周力，消耗功率最多。 (2)径向力 Fp 它是作用于铣刀半径方向的分力。它使刀杆弯曲，影响铣削的平稳性。 (3)轴向力 FO 它是沿铣刀轴线方向的分力。 Fp 与 FO 的大小，若圆柱铣刀铣削时，则与螺旋角ω的大小有关；若端铣刀铣削时，则 与主偏角κr 的大小有关。 圆柱铣刀和端铣刀的主切削力 FC 可按经验公式进行计算。当被加工材料的强度和硬度 不同时，需乘以修正系数 KFC