立铣刀的基础知识 吕新川June2 2009 所谓立铣刀是 经常使用立铣刀的机械在机床中被称为铣床 铣床用英语表示为millingmachine 这种机床使用的刀具被称为铣刀 mill 立铣刀的形状如下图所示 在它的端部 也就是底部也有刀刃 正是由于铣刀的底部也有刀刃 所以被称为立铣刀 Endmill 底部带刃 铣床 上使用的刀具 立铣刀 圆周面及底部带有切削刃的柄式铣刀 立铣刀各部的形状及名称 以我司普通4刃长颈型铣刀为例 立铣刀的形状基本上如上所示 由刀刃部 安装在机床上的刀柄以及连接刀刃与刀柄的颈部3部分组成 外径 立铣刀的切削刃的直径刃长 刀刃的长度颈长 颈部的长度刀柄长 刀柄部的长度全长 平行与中心轴测量 包括刀刃 颈部 刀柄的总长度刃数 切削刃的数量 有1 2 3 4 一般情况下采用2 3 4 5 6 8 1 圆周刃前角 圆周刃的前刀面与刀尖与中心的连线形成的角度 它是影响立铣刀切削性能的重要因素 2 圆周刃后角 称作圆周刃第一后角 是与圆周刃前角同样重要的要素 3 圆周刃第二后角 圆周刃的第二后角立铣刀切削时保证工件与立铣刀之间有充分的间隙 4 圆周第一刃刃带宽 圆周刃后角具有的宽度 5 圆周总刃带宽 带有圆周刃后角与圆周刃第二后角的总宽度6 容屑槽 容纳切屑的地方 也叫作排屑槽 如果切屑槽小的话 切削中会被切屑塞满 7 底刃 指刀具端面的切削刃 8 底刃前角 底刃前刀面与轴线的夹角 9 底刃后角 指在底刃上的第一后角 10 底刃第二后角 指在底刃上的第二后角 11 底刃后角宽 底刃后角具有的宽度 12 底刃容屑槽 在底刃上的容屑槽 13 螺旋角 螺旋切削刃与轴线的夹角 14 圆周刃倒锥 立铣刀从刀尖到刀柄侧的直径略微减小 像这样带有向后的锥度称为倒锥 15 底刃倒锥 在底刃面 从刀尖向中心有微微的中凹 这个角度为底刃间隙角 底刃倒锥 立铣刀的分类 整体硬质全金立铣刀刀柄部 刀刃部全部由硬质合金构成 整体型 由于是整体型 刀具的刚性高 切削时不易弯曲 能进行高精度加工 另外 与高速钢立铣刀一样 能够制成许多形状 但由于刀刃外部分也使用了昂贵的硬质合金 所以成本很高 一般多用于 12mm以下的小直径立铣刀 但是在进行垂直度为10 m以下的高精度加工时 由于刀具的刚性高 也有采用直径超过 12到 20的中等尺寸立铣刀 硬质合金刀头焊接立铣刀只有刃部是整体型的硬质合金 通过焊接与柄部相联接的立铣刀 一般被称之为硬质合金刀头焊接立铣刀 因为是焊接结合型 所以整体的刚性还不及整体型立铣刀 但是能够确保与整体型相接近的刀具刚性 一般多用于 12到 20的中等到尺寸立铣刀 比整体型便宜是它的优点 1 根据硬质合金立铣刀的构造来基本分类 4类 螺旋刀片焊接型立铣刀是指把螺旋硬质合金刀片焊接在钢质的刀体上 形成切削刃的形式 用于整体硬质合金立铣刀直径大的立铣刀 价格便宜 另一方面 制造螺旋槽刀片很困难 受到列法自由设定螺旋角的制约 另外很难应对特殊的形状 最近 由于硬质合金螺旋刀制造技术的提高 开发出了一定的大螺旋刀片 随之 这种形式铣刀的普及是经人注目的 可转位型立铣刀通过销子锁紧等方式装夹硬质合金刀片来使用的立铣刀为可转位型立铣刀 即使被加工材料改变了 通过更换刀片就能够选定最佳的硬质合金 因为是采用更换刀片的方式 所以可以省去再刃磨的时间 不会产生象其它类型铣刀再磨削后性能下降的现象 这是它很大的优点 但是用于外径精度要求严格来的加工有一定困难等 也是它的问题 螺旋方向与切刃的方向 1 定义螺旋方向从立铣刀的正面看 容屑槽朝刀柄方向伸延时是向左倾的就叫左螺旋 向右倾的就叫右螺旋 切刃的方向切削刃的朝向因立铣刀工作时的回转方向而异 把立铣刀的底刃朝上摆放并从立铣刀的正面看 切削刃的刃口朝左边的就叫左刃 朝右边的就叫右刃 右螺旋左螺旋 右刃左刃 2 立铣刀的螺旋方向和切削刃的朝向可以有4种不同的组合 可根据工件的材质和形状选择所需的组合 右刃右螺旋立铣刀 因切屑沿容屑槽由柄部方向排除 易保证切屑的平稳进行 右刃左螺旋和左刃右螺旋铣刀 在加工时切屑朝底刃方向移动 致使底刃切削出的工件表面质量不好 刀具寿命也短 但是对加工通孔或不使用底刃的精加工 切屑朝底刃方向排出时有不损伤工件表面 无划痕和无毛刺的优点 螺旋角与导程 参看下图 这是一根线螺旋卷曲后的图形 如图所示 螺旋线旋转一圈时前进的距离被称之为导程 导程 螺距 把 根线螺旋卷曲 有 根螺旋线 下面是它的展开图 用图形表示出了螺旋角 与导程 的关系 立铣刀的螺旋角 与导程 的关系是 是圆周率 是外径 螺旋角特性的归纳 1 螺旋角与切削阻力 切削阻力随螺旋角的增大而减小 切削阻力的轴向分力与螺旋角成比例 结论 有螺旋容屑槽的螺旋刃立铣刀的径向切削阻力小 因此可以指定较大的径向吃刀量和较大的进给速度 这对切削加工是很有利的 但另一方面 螺旋有越大 切削阻力的轴向分力也越大 过大的轴向分力不但有将立铣刀从刀夹中拔出的危险 而且还有将工件从工作台表面抬起的趋势 尤其是在加工薄壁类零件时 很易引起振动 2 当螺旋角很大时 刀刃很锋利 刀具的刚性变差 易卷刃 崩刃 从而影响刀具的使用寿命 为防止螺旋刃的卷刃和崩刃 通常沿刃口磨出一小平面或小弧面的倒棱 3 螺旋角的选取方法 对一般的粗铣 精铣 考虑到刀具的使用寿命 通常选用30左右的螺旋角 螺旋角大时 切削刃与被切削面的接触点多 刀刃越锋利 圆周刃刃带的磨损与螺旋角大小基本成比例 加工切削阻力比较小的轻合金时 通常选用40左右的螺旋角 立铣刀的刃数 目前加工过 单刃刀 2刃 3刃 4刃 5刃 6刃 立铣刀的刚性和容屑槽的大小都是很重要的 一般刃数少的铣刀容屑槽增大 排屑良好 但另一方面截面积率减小 刚性降低 因此切削时容易发生弯曲 切削刃的刃数对铣刀切削性能的影响 例子 两刃立铣刀与 刃立铣刀 1 2刃立铣刀与 刃立铣刀相比容屑槽大 但是截面积率小 刚性差 因而 刃立铣刀适于加工对容屑槽要求大于铣刀整体刚性要求的沟槽切削或钻孔切削 例子 在加工较深的沟槽 沟槽深度宽度比大于1 时 如果立铣刀的容屑槽小 易产生下列问题 1 由于切屑阻塞 会使切削扭矩增大 严重时还有可能折断刀具 2 切削液不易到达立铣刀的刃口部位 刃口得不到充分的冷却和润滑 刃口附近的切屑也不能被切削液带走 会导致圆周刃异常磨损 3 就是参与切削的刃口越长 其切削阻力也越大 容易产生振动 2 刃立铣刀与 刃立铣刀相比虽然容屑槽小了 但是截面积率增加了 因此刚性得到了提高 对立铣刀的弯曲减小是有利的 对铣侧面来说 因为切屑阻塞现象较小 不大考虑容屑槽的大小 而较重视刀具的刚性 一般认为采用刃数多的刀具切削阻力变化小 刀具刚度大 不易弯曲变形 被加工面的表面质量刀 开槽的槽形 open close 刃长 刃长 刃部的长度 越短 刀具的刚性和切削性能越好 立铣刀的刃长与刚性的关系可用下面的公式表示 P L 3 E I 立铣刀的挠度P 切削阻力E 纵向弹性系数L 立铣刀的刃部长度I 惯性矩 I D 64 D 0 7 0 8立铣刀刀径 因为立铣刀的刃长增在以后 刀具的刚度将下降 从而影响到被加工面的垂直度和表面质量 所以在实际加工中 如果必须使用长刃立铣刀时 应降低有关的切削参数 例如加大芯径 加强刚性等 因此 选择立铣刀时 应尽可能地选用符合加工要求的短刃型 楔角 1 圆周刃的前角过大时 虽然切削刃比较锋利 但刃口的强度小 在加工中易出现振动 卷刃和崩刃 圆周刃前角过小时 切削刃的锋利度不好 切削阻力较大 排屑差 前面易磨损 2 圆周刃后角大小的利弊与前角的情况差不多 圆周刃后角过小 不但会出现背切现象 而且刀刃磨损快 刀具寿命短 相反圆周刃后角过大 容易导致振动 卷刃和崩刃 结论 从被切削材料方面来考虑 当加工硬质材料时 为了防止卷刃 崩刃 一般采用小楔角 当加工软质材料 由加工硬化性材料及刃性大易粘刀的材料时 为使刃口锋利 切削性能好 采用大楔角的效果比较好 不同圆周后刀面产生的特性 圆周后刀面的形状有 1 凹面形 2 平面齿背 3 偏心形三种 以前一般使用凹面形和平面形最近偏心形面了主流 从图7中也可以看出 因为偏心形铣刀的刀尖角比其它铣刀的刀尖角要大 所以刀尖的强度增强 再加上加工后的圆周后刀面的精加工面非常良好 切削性能提高 所示 可以清楚地表明带有偏心形后刀面的立铣刀性能优越 立铣刀的柄部形状与装夹方式 不同刀柄形状的特性 如果大致的区分立铣刀的刀柄的话 有圆筒状的直柄和圆锥柄 最近 由于立铣刀刀夹的进步与直柄装拆方便 使用直柄刀具多了起来 1 直柄直柄刀具包括简易型 侧面锁紧型 后端螺纹型 复合型等 一般情况下简易型使用较多 外径超过50mm的立铣刀 重切削加工 使用条件苛刻的情况下 多使用侧锁型或复合型 2 锥柄如图6所示 锥柄刀具是以莫氏锥柄 布朗标准锥柄为代表的刀具 有刀柄的后端带有扁尾刀具和带有螺纹也具 以使用来分 例如右刃右螺旋的刀具 因为切削力的方向是使刀具从夹中拔出的方向 所以不能采用扁尾铣刀 必须采用带拉紧螺纹的立铣刀 另外 对于大直径的铣刀来说 把锥度为7 24 国家锥度 的锥柄用到立铣刀的刀柄上 可以直接安装在机床上 以便提高加工时的刚度 而且 加工中心采用的使锥度为7 24 头部带有V形槽的BT刀柄