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銑刀的基本知識

點擊:829 日期:2015-11-18 選擇字號:

在金屬切削加工中,銑刀是最常用的平面加工刀具。銑刀不但能完成簡單平面的加工,而且還能完成不同方位平面的加工,或由多個簡單平面構成的表面的加工。

銑刀的種類很多,常用的有圓柱銑刀、端銑刀、鍵槽銑刀、立銑刀、模具銑刀、半圓鍵槽銑刀、三面刃銑刀、角度銑刀、鋸片銑刀等。

本節以圓柱銑刀和硬質合金端銑刀為代表,來講述銑刀切削部分的幾何角度、銑削要素、銑削方式和銑削特點等,并簡介其它常用銑刀的結構特點與應用等。

一、銑削運動

銑削的主運動是銑刀的旋轉運動。進給運動一般有縱向、橫向和垂直進給。

二、銑刀的幾何角度

1.圓柱銑刀

圓柱銑刀有直齒和螺旋齒之分,前者切削刃與銑刀軸線平行;后者切削刃與銑刀軸線成一螺旋角Wc,。對于直齒圓柱銑刀,其前、后角在主剖面中表示,由于進給剖面與主剖面重合,故有:

對于螺旋齒圓柱銑刀,為了制造與測量的方便,一般標注法前角γn。法前角γn與前角γo的關系由前述可知,tanγn=tanγocosλs,而后角在主剖面Po內測量,即αo

銑刀的刃傾角λs,即為銑刀的螺旋角ω。對于直齒圓柱銑刀,λs=0°對于螺旋齒圓柱銑刀,λs=ω。

螺旋齒圓柱銑刀,因螺旋角ω的緣故,銑削時切削刃是逐漸切入、切出工件金屬層的,再加上同時工作齒數多,故銑削較直齒平穩,排屑也比較順利;又因λs=ω,也具有斜角切削的特點,因此實際切削前角γoe比γn大很多,這就大大改善了切削條件。

2.端銑刀

由于端銑刀每一個刀齒即為一把車刀,因此,端銑刀的幾何角度與車刀相似。

通過對車刀、鉆頭和銑刀幾何角度的分析可知,盡管它們的結構與形狀不同,但以切削刃為單元,則分析它們幾何角度的方法和所得的結果是相同的。

3.銑刀幾何角度的選擇

銑刀幾何角度的選擇,除遵循第四章刀具幾何參數的選擇原則外,還必須考慮銑削的自身特點,如銑削過程的斷續切削和切削厚度隨時變化等。對于硬質合金端銑刀為避免刀齒受沖擊后而崩刃,一般將前角與刃傾角均選成負值。

三、銑削要素

()銑削用量

如圖所示,銑削用量的計算如下。

1.銑削速度

式中do——銑刀的直徑,mm n——銑刀轉速,rrain

2.進給量f

銑削進給量有每齒、每轉和每分鐘三種表示法。

(1)每齒進給量fz 指銑刀每轉過一個刀齒時,銑刀與工件的相對位移,單位為mmz

(2)每轉進給量f 指銑刀每轉一轉時,銑刀與工件的相對位移,即

式中z——銑刀的齒數。

(3)每分鐘進給量νf 指銑刀相對于工件每分鐘的位移量,即

3.銑削深度ap

指基面內平行于銑刀軸線度量的切削層尺寸。

4。銑削寬度ae

指在垂直于銑刀軸線的平面內度量的切削層尺寸。它是銑削時特有的一個參數,其大小取決于同時工作齒數的多少。

()切削層參數

1.圓柱銑刀

(1)切削厚度hD 指銑刀相鄰兩齒所形成的加工表面問的垂直距離,即

式中 ψ——瞬時接觸角, 通常以ψ=δ/2處的切削厚度為平均切削厚度,于是有

式中hDav——銑削時的平均切削厚度,mm

(2)切削寬度bD 根據定義,切削寬度是在基面內沿加工表面所度量的切削層尺寸。但為研究問題方便起見,常采用實際切削寬度bDs,即銑刀切削刃與工件切削層的實際接觸長度。對于直齒圓柱銑刀銑削時,bD=ap=常數,由于每一個刀齒突然切入與切出,故銑削力波動大;對于螺旋齒圓柱銑刀銑削時,由于螺旋角ω的作用,bDs是變化的,刀齒剛切入工件時,bDs很小,以后逐漸增大,切離時又逐漸減小,因而銑削過程較直齒平穩。

(3)平均切削總面積ADav 銑削時的切削總面積為各刀齒切削面積之和。但因銑削時每齒的切削厚度hD是變化的,螺旋齒圓柱銑刀的切削寬度也是變化的,并且同時工作齒數ze也在變化,所以直齒、螺旋齒圓柱銑刀銑削時的切削總面積是變化的,故常用平均切削總面積計算:

式中 Qz——單位時間內的金屬切除量; z——銑刀的齒數。

2.端銑刀

(1)切削厚度hD 在端銑時刀齒切入、切出時的切削厚度為最小,在銑刀中心移動的軌跡位置時切削厚度為最大。其任意一點的切削厚度為:

式中 ψ——瞬時接觸角,是由銑刀中心移動軌跡分別向切入或切出位置兩側度量的角度。

根據數學推導,平均切削厚度為:

式中δ——切入角(δ1為切出角)

(2)切削寬度bD 在銑削過程中,切削寬度保持不變。

(3)平均總切削面積ADav

第四次課

四、銑削力

1.作用于銑刀上的銑削力

銑削時,由于切削變形與摩擦,銑刀每一參與切削的刀齒上都受到銑削力。為了實際應用,通常假定各刀齒上的銑削力的合力F作用于某個刀齒上,并將它分解為三個相互垂直的分力

(1)主切削力FC 它是作用于銑刀圓周切線方向的分力,也稱圓周力,消耗功率最多。

(2)徑向力Fp 它是作用于銑刀半徑方向的分力。它使刀桿彎曲,影響銑削的平穩性。

(3)軸向力FO 它是沿銑刀軸線方向的分力。

FpFO的大小,若圓柱銑刀銑削時,則與螺旋角ω的大小有關;若端銑刀銑削時,則與主偏角κr的大小有關。

圓柱銑刀和端銑刀的主切削力FC可按經驗公式進行計算。當被加工材料的強度和硬度不同時,需乘以修正系數KFC

2.作用于工件或工作臺上的銑削力

由于機床和夾具設計的需要,以及實際測量的方便,一般將作用在工件(工作臺)上的銑削合力F(F的反力)縱、橫和垂直進給三個方向進行分解。

(1)縱向進給分力Ff 它作用于銑床縱向進給機構上,其方向與縱向進給運動方向平行。

(2)橫向進給分力Fe 它作用于銑床橫向進給機構上,其方向與橫向進給運動方向平行。

(3)垂直進給分力Fv 它作用于銑床工作臺升、降機構上,其方向與工作臺垂直進給運動方向平行。對于圓柱銑刀銑削,按不同的銑削方式,會使工件抬起或壓向工作臺;對于端銑刀銑削,正好與Fo相反。

銑削時,各銑削分力與主切削力有著一定的比例關系。若計算出主切削力Fc,就可計算出FfFeFv的近似值。

銑削合力F可表示為:

3.銑削功率Pc

銑削中由于主運動消耗的功率最多,因此同車削一樣銑削功率可表示為:

式中 PC——銑削功率,kwFC——主切削力,N;υC——銑削速度,mmin

五、銑削方式

銑削是斷續切削,實際切削面積隨時都在變化,因此銑削力波動大,沖擊與振動大,銑削平穩性差。但采用合理的銑削方式,會減緩沖擊與振動,還對提高銑刀耐用度、工件質量和生產率具有重要的作用。

1.圓柱銑刀銑削

圓柱銑刀在銑削平面時有兩種銑削方式。

(1)逆銑當銑刀切削刃與銑削表面相切時,若切點銑削速度移。的方向與工件進給速度研的方向相反,便稱為逆銑。

逆銑有如下特點:

切削厚度由薄變厚,即從hD=0hDmax。當切入時,由于刃口鈍圓半徑大于瞬時切削厚度,刀齒與工件表面進行擠壓和摩擦,刀齒較易磨損。尤其當冷硬現象嚴重時,更加劇刀齒的磨損,并影響已加工表面的質量。

刀齒作用于工件上的垂直進給分力Fv向上,有挑起工件的趨勢,因此要求夾緊可靠。

縱向進給力Ff與縱向進給方向相反,使銑床工作臺進給機構中的絲桿與螺母始終保持良好的左側接觸,故工作臺進給速度均勻,銑削過程平穩。

逆銑時,刀齒是從切削層內部開始的,當工件表面有硬皮時,對刀齒沒有直接的影響。

(2)順銑 當銑刀切削刃與銑削表面相切時,若切點的銑削速度口。的方向與工件進給速度奶的方向相同,便稱為順銑。

順銑有如下特點:

刀齒的切削厚度由厚變薄,即從hDmaxhD=O,這樣容易切下切屑,刀齒磨損較慢,已加工表面質量高。有些實驗表明,相對逆銑,刀具耐用度可提高23倍。尤其在銑削難加工材料時效果更加明顯。

刀齒作用于工件上的垂直進給分力Fv,壓向工作臺,有利于夾緊工件。

縱向進給分力Ff與縱向進給方向相同,當絲杠與螺母存在間隙時,會使工作臺帶動絲杠向左竄動,造成進給不均勻,這樣一則影響工件表面粗糙度,二則會因進給量突然增大而損壞刀齒。

2.端銑刀銑削

端銑刀在銑削平面時有許多優點,因此在目前的平面銑削中有逐漸以端銑刀來代替圓柱銑刀的趨勢。根據端銑刀和工件間的相對位置不同,可分為三種不同的銑削方式。

(1)對稱銑削 刀齒切入、切出工件時,切削厚度hD相同的銑削便為對稱銑削。一般端銑時常用這種銑削方式。

(2)不對稱逆銑 刀齒切入時的切削厚度最小,切出時的切削厚度最大。這種銑削方式切入沖擊小,常用銑削碳鋼和合金結構鋼。

(3)不對稱順銑 刀齒切入、切出時的切削厚度正好與不對稱逆銑相反。這種銑削方式可減小硬質合金的剝落破損,提高刀具耐用度,可用于銑削耐熱合金和不銹鋼。

六、銑削特點

綜上所述,銑削過程有如下特點:

(1)生產率高銑削時銑刀連續轉動,并且允許較高的銑削速度,因此具有較高的生產率。

(2)斷續切削銑削時每個刀齒都在斷續切削,尤其是端銑,銑削力波動大,故振動是不可避免的。當振動的頻率與機床的固有頻率相同或成倍數時,振動最為嚴重。另外,當高速銑削時刀齒還要經受周期性的冷、熱沖擊,容易出現裂紋和崩刃,使刀具耐用度下降。

(3)多刀多刃切削 銑刀的刀齒多,切削刃的總長度大,有利于提高刀具耐用度和生產率,優點不少。但也存在下述兩個方面的問題:一是刀齒容易出現徑向跳動,這將造成刀齒負荷不等,磨損不均勻,影響已加工表面質量;二是刀齒的容屑空間必須足夠,否則會損壞刀齒。

(4)銑削方式不同 根據不同的加工條件,為提高刀具耐用度和生產率,可選用不同的銑削方式,如逆銑、順銑或對稱銑、不對稱銑。

七、幾種常用銑刀的簡介

1.尖齒銑刀

尖齒銑刀是應用較多的一種銑刀,它的齒槽是用角度銑刀銑削而成.

(1)立銑刀 主要用在立式銑床上,銑削相互垂直的兩平面或凹槽,利用靠模也可加工成形表面等。圓柱面上是主切削刃,端面上是副切削刃,中心處無刃,故一般不宜沿軸線方向進給。主切削刃螺旋角一般取ω=30°~45°,為使副切削刃有足夠的強度,需磨出刃帶。

(2)鍵槽銑刀 用于銑削圓頭封閉鍵槽。這種銑刀圓柱面和端面上都有刀齒,且端面刀齒直接延伸到刀具中心。因此,鍵槽銑刀既可作縱向進給,又可作軸向垂直進給。此外,這種銑刀因齒數少、螺旋角小,故剛度較好。

(3)三面刃銑刀 主要用來加工溝槽或臺階面。它的圓周上是主切削刃,兩側面是副切削刃。三面刃銑刀按結構可分為以下三種。

直齒三面刃銑刀 這種銑刀制造容易,刃磨方便,但由于兩側刃前角γo=0°,切削條件較差。

錯齒三面刃銑刀 這種銑刀相鄰刀齒左、右相錯,并制成不同傾斜方向,使每一刀齒紋在正前角一側有端齒。由于螺旋角ω的作用,使切削過程平穩,易于排屑,從而改善了切削條件。

鑲齒三面刃銑刀 這種銑刀的特點是將帶有齒紋的刀齒鑲嵌在刀體的齒槽中。當多次重磨銑刀寬度變小時,可用移動齒紋的方法來恢復刀齒的寬度尺寸。

(4)尖齒銑刀的刃磨 尖齒銑刀磨鈍后,一般在萬能工具磨床上刃磨刀具的后面。刀齒的前面由支撐片支持著,并由其調節刀齒的位置。為了磨出后角,刀齒應低于銑刀中心,其值H由下式算出:

式中d0——銑刀直徑; αo——銑刀后角。

2.硬質合金端銑刀

硬質合金端銑刀與高速鋼銑刀相比,不僅適應于高速銑削,而且加工質量也好,所以它是目前應用十分廣泛的一類銑刀。按其結構特點可分為如下三種。

(1)整體焊接式 這種銑刀結構緊湊,制造較易。但刀齒一旦破損整把銑刀將報廢,故目前較少使用。

(2)機夾焊接式 這種銑刀是將焊接好的硬質合金刀頭,用機械夾固的方式裝夾在刀體槽中。當刀齒磨損到不能使用或刀頭破損報廢時,只需按上新刀齒即可,故刀體使用壽命長。

這種銑刀,既可整體刃磨又可體外刃磨。整體刃磨是將整個銑刀裝夾在刃磨機上進行刃磨;體外刃磨是將各個刀齒從刀體上拆下后進行單獨刃磨。

(3)可轉位端銑刀 由于機夾焊接式銑刀結構復雜,缺點較多,故目前已逐漸被可轉位硬質合金端銑刀代替。可轉位端銑刀,它是將硬質合金刀片直接裝夾在刀體槽中,當切削刃磨鈍后,將刀片轉位或更換新刀片即可繼續使用。可轉位硬質合金端銑刀具有效率高、壽命長、使用方便、加工質量穩定等優點。

第三次課

§7-2 成形車刀

一、成形車刀的特點與類型

1.成形車刀的特點

成形車刀是用在各種車床上加工內、外回轉體成形表面的專用刀具,其刃形是根據零件的廓形設計的。它具有如下特點。

(1)生產率高 利用成形車刀進行加工,一次進給便可完成零件各表面的加工,因此具有很高的生產率。故在零件的成批大量生產中,得到廣泛的使用。

(2)加工質量穩定 使用成形車刀進行切削加工,由于零件的成形表面主要取決于刀具切削刃的形狀和制造精度,所以它可以保證被加工工件表面形狀和尺寸精度的一致性和互換性。一般加工后零件的精度等級可達IT7IT9,表面粗糙度值可達Ra2510μm

(3)刀具使用壽命長 成形車刀用鈍后,一般重磨前面,可重磨次數多,尤其圓體成形車刀。

(4)刀具制造比較困難,成本高 故單件、小批生產不宜使用成形車刀。

2.成形車刀的類型

最常用的是沿工件徑向進給的成形車刀,按其結構與形狀可分為平體、棱體和圓體三種。

(1)平體成形車刀 它除了切削刃有一定的形狀要求外,結構上和普通車刀相近。因其允許的重磨次數不多,一般僅用于加工螺紋或鏟制成形銑刀、滾刀的齒背。

(2)棱體成形車刀 其外形是棱柱體,可重磨次數比平體成形車刀多,剛性也好,但只能用來加工外成形表面。

(3)圓體成形車刀 其外形是回轉體,切削刃在圓周表面上分布,與以上兩種成形車刀相比,制造方便,允許重磨次數多。既可用來加工外成形表面,又可用來加工內成形表面,使用比較普遍,但加工精度與剛性低于棱體成形車刀。

此 外,還有一種沿加工表面的切線方向切人的切向進給成形車刀。因切削刃相對工件有一定的傾斜角,故加工時是逐漸切入與切出工件的,始終只有一小段切削刃在工 作,從而減小了切削力,切削過程比較平穩。一般用于加工剛性較差的外成形表面。與徑向進給成形車刀相比,其切削行程長,生產率較低。

二、成形車刀的前、后角

成形車刀刃形復雜,既有直線也有曲線,各段切削刃主剖面內的前、后角都不相同,故無法用主剖面內的γo、αo來統一表達。為使重磨后刃形不變,其幾何角度規定在進給剖面內,即在垂直于工件軸線的端剖面內表示。

成形車刀的名義前、后角(γf、αf),是當刀具安裝在刀夾中,并使切削刃上離工件中心最近的點(稱為基準點)與工件中心等高時得到的。制造刀具時,需按名義前、后角之和(γf+αf)磨出前面。

1.棱體成形車刀γf、αf的形成

(1)將棱體成形車刀前面重磨成γf+αf的斜面。

(2)安裝時,將成形車刀的基準點與工件中心等高,并使后面與垂直方向傾斜一個αf,這樣便可得到要求的名義前、后角。

2.圓體成形車刀γf、αf的形成

(1)將圓體成形車刀前面刃磨成比刀具中心低一個hc

(2)安裝時,將刀具的基準點1’與工件中心o等高,并使刀具中心o′,比工件中心o高一個H

這樣便可得到要求的名義前、后角。

3.成形車刀安裝后切削刃上各點前、后角的變化

成形車刀安裝后,除基準點1′的前后角為γf、αf外,切削刃上其余各點的前、后角均不等于γf、αf,是按照一定的規律變化的。

對于棱體成形車刀,有:

對于圓體成形車刀,有:

4.成形車刀前、后角的選擇

成形車刀的前角γf主要根據工件材料來選擇(7-4),而后角af則主要根據刀具結構來選擇。

5.成形車刀的主后角

在選擇了成形車刀的進給后角af后,為避免刀具后面與工件發生摩擦,加劇刀具磨損,還需校驗切削刃上選定點的主后角αo,使其不應小于2°~3°,

在切削刃上取選定點D,分別作出進給剖面Pf與主剖面Po。由公式 ,可知,當λs=O°時,則有

于是

式中aoD——切削刃上選定點的主后角; afD——切削刃上選定點的進給后角; κrD——切削刃上選定點的主偏角。


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