成形铣刀成形铣刀的铲齿过程

如下图所示，铲刀是一把进给前角等于零的平体成形车刀，其前刀面置于与铲床中心等高的水平面内。铣刀绕铲齿车床主轴作等速转动的同时，铲刀在具有阿基米德螺线的凸轮控制下向铣刀轴线等速推进。从而可知，铲刀切削刃上的任一点相对铣刀的运动轨迹为阿基米德螺线，即铲刀铲出的成形铣刀的齿背曲线为阿基米德螺线。因铲刀沿铣刀半径方向铲齿，故称为径向铲齿。

当铣刀转过δ₀角时，凸轮则转过δ_θ角，铲刀铲出一个刀齿的齿背。接着，当铣刀再转过δ₁角时，凸轮则转过Φ₁角，铲刀快速复位即作回程运动。总之，当铣刀转过一个齿间角时，铲刀则完成一个往复行程。这样的过程每重复一次，则铲削完铣刀的一个刀齿，并且铲刀恢复原位。

铲齿成形铣刀常做成γ=0°，并重磨前刀面。为了保证重新刃磨前刀面后铣刀廓形不变，刀齿各轴向剖面中的廓形均应相同。同时为了保持后角。廓形还应逐渐向铣刀轴线靠近，这就要求铣刀的后刀面应是切削刃廓形绕铣刀轴线回转并向铣刀轴线移动而形成的表面。

如下图所示，O-A、O-B都是轴向剖面，廓形相同，O-B剖面更靠近铣刀轴线，以形成后角α。能完成这种齿面加工的方法叫做铲齿，是用铲刀在铲齿车床上完成的。

成形铣刀即具有成形切削刃的铣刀，其刃形按工件廓形设计。使用成形铣刀能较容易地实现对复杂表面的加工（如加工各种刀具的直容屑槽和螺旋容屑槽等），并能得到较高的加工精度和表面质量，而且生产率极高。成形铣刀可用来加工成形直沟和螺旋沟。标准成形铣刀有凸半圆铣刀和凹半圆铣刀，而大部分成形铣刀属专用刀具，需根据工件形状自行设计。

如下图所示，成形铣刀也分为尖齿成形铣刀和铲齿成形铣刀两大类。尖齿成形铣刀用钝后重磨后刀面，其使用寿命和工件加工表面质量都比较高，但因后刀面是成形表面，制造和重磨这种铣刀都需要专门的靠模夹具，使用不便。铲齿成形铣刀用钝后重磨前刀面，由于前刀面是平面，刃磨很方便，所以铲齿成形铣刀应用最广泛。

加工平面工件的刀具主要是面铣刀，其切削刃布满圆周和端面。其中，端面的切削刃是副切削刃。面铣刀的直径较大，所以在刀具选用时通常把刀齿和刀体分开，达到能够长期使用的目的。

面铣刀直径的选择

面铣刀直径的选择主要分三种情况：

（1）面面积不大，选用刀具时，要注意选择直径比平面宽度大的刀具或铣刀，这样可以实现单次平面铣削。在平面铣刀的宽度达到加工面宽度的1.3～1.6倍时，可以有效保证切屑的较好形成及排出。

（2）加工平面面积大的时候，就需要选用直径大小合适的铣削刀，分多次铣削平面。其中，由于机床的限制、切削的深度和宽度以及刀片与刀具尺寸的影响，铣刀的直径会受到限制；

（3）加工平面较小，工件分散时，需选用直径较小的立铣刀进行铣削。为使加工效率最高，铣刀应有2/3的直径与工件接触，即铣刀直径等于披铣削宽度的1.5倍。顺铣时，合理使用这个刀具直径与切削宽度的比值，将会保证铣刀在切人工件时有非常适合的角度。如果不能肯定机床是否有足够的功率来维持铣刀在这样的比率下切削，可以把轴向切削厚度分两次或多次完成，从而尽可能保持铣刀直径与切削宽度的比值。

面铣刀铣刀齿数的选择

选用铣刀进行加工时，需要考虑铣刀的齿数。例如直径为100mm的疏齿铣刀只有6个齿，而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。刀齿的密集与否会影响生产效率的高低和产品质量的好坏。如果刀齿密集，生产的效率就会提高，加工工件的质量也越好，但是刀齿密集也会导致切屑的排出不便。根据刀齿的直径大小，可以分为疏齿、细齿、密齿。

疏齿应用于工件的粗加工，其每25.4mm直径用1～1.5片刀片，容屑空间较大，这种刀具用于能产生连续切屑的软材料的切削，选用长刀片、大宽度切。密齿有利于平稳条件下的加工，一般用于铸铁的粗加工，也适用于高温合金的浅切削、窄切削和无需容屑空间时的切削。密齿应用于精铣，其轴向切深为0.25～0.64mm，每齿的切削负荷小，所需功率不大，如用于薄壁材料的加工。齿距的大小将决定铣削时同时参与切削的刀齿数目，切削期间的应至少有一把刀片在切削，以避免铣削冲击，导致刀具的损坏和机床的超负荷。

此外，刀片齿数的选择必须使得切屑适当卷曲并容易离开切削区，切屑容屑空间不当将导致憋屑，损坏刀刃并可能损坏工件。同时，刀片又应有足够的密度以保证在切削期间的任何时候不少于一把刀片在切削，如果不能保证这一点则会引起剧烈的冲击，这将导致刀刃的破裂、刀具的损坏和机床的超负荷。

面铣刀刀具角度的选择

刀具切削角度可以相对径向平面和轴向平面定位成正前角，负前角和零前角。由于零前角会引起整个切削刃同时与工件冲击，故一般不采用。面铣刀角度的选择对平面铣削接触方式有影响，为了使刀具受冲击最小，降低刀具破损程度，避免STUV的面接触方式，在考虑刀具切人角的同时，也要将面铣刀的几何角度考虑进去。径向和轴向前角的组合决定切削角，常用的基本组合方式包括：径向负前角和轴向负前角；径向正前角和轴向正前角；径向负前角和轴向正前角；径向正前角和轴向负前角。

轴向和径向前角均为负值（下简称“双负”）的刀具多用于铸铁和铸钢的粗加工，但要求机床功率高和刚性足够大。 “双负”的刀片其切削刃高强度，能经受大切削载荷。双角均负的刀具还需要机床、工件和夹具的刚性高。

轴向、径向前角均正（下简称“双正”）的刀具由于增大了切削角，因此切削轻快且排屑顺利，但切削刃强度较差。该种组合方式适用于加工软材料和不锈钢、耐热钢、普通钢和铸铁等。在小功率机床、工艺系统刚性不足以及有积屑瘤产生时应优先选用该种组合形式。

径向负前角和轴向正前角的组合，负的径向前角提高了切削刃的强度，而正的轴向前角又产生了一个剪切作用力。该种组合方式加工时切削刃抗冲击性能较强，切削刃也较锋利，因此适用于钢、铸钢和铸铁大余量铣削。

径向正前角和轴向负前角使断屑向中心以下方向，使得切屑会刮伤被加工表面，故排屑不佳。

面铣刀铣刀片的选择

平面铣削时铣刀片制备的选择也是一种考虑因素。某些加工场合选用压制刀片是比较合适的，有时也需要选择磨制的刀片。

粗加工最好选用压制的刀片，这可使加工成本降低。压制刀的尺寸精度及刀口锋利程度比磨制刀片差，但是压制刀片的刀口强度较好，对于粗铣，耐冲击并能承受较大的背吃刀量和进给量。压制的刀片前刀面上有卷屑槽，可减小切削力，同时还可减小与工件、切屑的摩擦，降低功率需求。但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密，尺寸精度较差，在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜，所以在生产上得到广泛应用。

对于精铣，最好选用磨制刀片，这种刀片具有较好的尺寸精度，所以刀刃在铣削中的定位精度较高，可得到较高的加工精度及较低表面粗糙度值。另外，精加工所用的磨制铣刀片的发展趋势是磨出卷屑槽，形成大的正前角切削刃，允许刀片在小进给、小背吃刀量切削。而没有尖锐前角的硬质合金刀片，当采用小进给小背吃刀量加工时，刀尖会摩擦工件，降低刀具寿命。 2100433B