铣削加工常用工艺装备

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一、铣削刀具

　 铣刀的种类很多(大部分已经标准化)，按齿背形式分铣刀可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀两大类。尖齿铣刀齿背经铣削而成，后刀面是简单平面，如图8-13a所示，用钝后重磨后刀面即可。该刀具应用很广泛，加工平面及沟槽的铣刀一般都设计成尖齿的。铲齿铣刀与尖齿铣刀的主要区别是有铲制而成的特殊形状的后刀面，如图8-13b所示，用钝后重磨前刀面。经铲制的后刀面可保证铣刀在其使用的全过程中廓形不变。现按铣刀的用途分述如下。图8-13齿背形式

　　（一）加工平面用铣刀

　1.圆柱形铣刀

　　圆柱形铣刀一般用于在卧式铣床上用周铣方式加工较窄的平面。图8-14为其工作部分的几何角度。为便于制造，其切削刃前角通常规定在法平面内，用γn表示；为测量和刃磨方便，其后角规定在正交平面内，用α0表示；螺旋角即为其刃倾角且λs；其主偏角为kr=90?。圆柱形铣刀有两种类型：粗齿圆柱形铣刀具有齿数少、刀齿强度高，容屑空间大、重磨次数多等特点，适用于粗加工；细齿圆柱形铣刀齿数多、工作平稳，适于精加工。

2.面铣刀　

　　高速钢面铣刀一般用于加工中等宽度的平面。标准铣刀直径范围为?80-?250mm。硬质合金面铣刀的切削效率及加工质量均比高速钢铣刀高，故目前广泛使用硬质合金面铣刀加工平面。

　　图8-15所示为整体焊接式面铣刀。该刀结构紧凑，较易制造。但刀齿磨损后整把刀将报废，故已较少使用。　　　　　　　　

　　图8-16为机夹焊接式面铣刀。该铣刀是将硬质合金刀片焊接在小刀头上，再采用机械夹固的方法将刀装夹在刀体槽中。刀头报废后可换上新刀头，因此延长了刀体的使用寿命。

　　图8-17为可转位面铣刀。该铣刀将刀片直接装夹在刀体槽中。切削刃用钝后，将刀片转位或更换刀片即可继续使用。可转位铣刀与可转位车刀一样且有效率高、寿命长、使用方便、加工质量稳定等优点。这种铣刀是目前平面加工中应用最广泛的刀具之一。可转位面铣刀已形成系列标准，可查阅刀具标准等有关资料。

（二）加工沟槽用的铣刀

　　1.三面刃铣刀

　　三面刃铣刀除圆周表面具有主切削刃外，两侧面也有副切削刃，从而改善了切削条件，提高了切削效率和减小表面粗糙度。主要用于加工沟槽和阶台面。三面刃铣刀的刀齿结构可分为直齿、错齿和镶齿三种。

　　图8-18a所示为直齿三面刃铣刀。该刀易制造、易刃磨。但侧刃前角γ0＝0?，切削条件较差。

　　图8-18b为错齿三面刃铣刀。该刀的刀齿交错向左、右倾斜螺旋角ω。每一刀齿只在一端有副切削刃，并由ω角形成副切削刃的正前角，且ω角使切削过程平稳，易于排屑，从而改善了切削条件。整体错齿铣刀重磨后会减少其宽度尺寸。

　　图8-18c为镶齿三面刃铣刀，它可克服整体式三面刃铣刀刃磨后厚度尺寸变小的不足。该刀齿镶嵌在带齿纹的刀体槽中。刀的齿数为Z，则同向倾斜的齿数 Z1＝Z/2，并使同向倾斜的相邻齿槽的齿纹错开P/Z1（P为齿纹的齿距）。铣刀重磨后宽度减小时，可将同向倾斜的刀齿取出并顺次移入相邻的同向齿槽内，调整后的铣刀宽度增加了P/Z1，再通过刃磨使之恢复原来的宽度。

　2.锯片铣刀

　　如图8-19是薄片的槽铣刀，用于切削或切断。

　　3.立铣刀　　

　　立铣刀主要用在立式铣床上加工凹槽、阶台面，也可以利用靠模加工成形表面。如图8-20所示，立铣刀圆周上的切削刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃，故切削时一般不宜沿铣刀轴线方向进给。为了提高副切削刃的强度，应在端刃前面上磨出棱边。

　　4.波形刃立铣刀

　　图8-21所示为波形刃立铣刀。它是在普通高速钢立铣刀的螺旋前刀面的基础上，用专用铣夹具将螺旋前刀面再加工成波浪形螺旋面，它与后刀面相交成波浪形切削刃。相邻两波形刃的峰谷沿轴线错开一定距离，使切削宽度显著减小，而切削刃的实际切削厚度约增大三倍，切下的切屑窄而厚，降低了切削变形程度，并使切削刃避开表面硬化层而切入工件。波形刃使切削刃各点刃倾角、工作前角以及承担的切削负荷均不相同。而且波形刃使同一端截面内的齿距也不相同。这些因素大大减轻了切削力变化的周期性，使切削过程较平稳。铣削气割钢板等粗糙表面的工件，波形刃立铣刀尤其能显示出其优良的切削性能。

　　5.鍵槽铣刀

　图8-22所示为键槽铣刀，用于加工圆头封闭键槽。该铣刀外形似立铣刀，立铣刀有三个或三个以上的刀齿，而键槽铣刀仅有两个刀齿，端面铣削刃为主切削刃，强度较高；圆周切削刃是副切削刃。按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2mm~22mm，锥柄键槽铣刀直径d=14mm~50mm。键槽铣刀的精度等级有eB和dB两种，通常分别加工H9和N9键槽。加工时，键槽铣刀沿刀具轴线作进给运动，故仅在靠近端面部分发生磨损。重磨时只需刃磨端面刃，所以重磨后刀具直径不变，加工精度高。   

（三）加工成型面用的铣刀

　　1.成形铣刀

　　成形铣刀是根据工件的成形表面形状而设计切削刃廓形的专用成形刀具，有尖齿和铲齿两种类型，如图8-23所示。前者与一般尖齿铣刀一样，用钝后重磨刀齿的后刀面，其耐用度和加工表面质量较高，但因后刀面也是成形表面，制造与刃磨都比较困难。后者的齿背(后刀面)是按照一定的曲线铲制的，用钝后则重磨前刀面(平面)，比较方便。所以在铣削成形表面时，多采用铲齿成形铣刀。

　　设计和使用成形铣刀的关键在于每次重磨后，要求刀齿的切削刃形状不变和具有适当的后角，且要工艺性好，制造、刃磨简单。为了满足这些要求，铲齿成形铣刀常制成侧前角γf＝0?(这时前刀面就在铣刀轴向平面内)，且铲齿铣刀的后刀面应是铣刀切削刃在绕其轴线回转的同时，沿其半径方向均匀地趋近铣刀轴线而形成的表面。铲齿成形铣刀的后刀面都采用阿基米德螺旋面，并用γf＝0?的平体成形车刀(其刃形与γf＝0?铣刀的刃形相同，但凹凸相反)，在铲齿车床上进行铲齿得到。

　　2.模具铣刀　　

　　模具铣刀用于加工模具型腔或凸模成形表面。模具铣刀是由立铣刀演变而成的，如图8-24所示。按工作部分外形可分为圆锥形平头、圆柱形球头、圆锥形球头三种。硬质合金模具铣刀用途非常广泛，除可铣削各种模具型腔外，还可代替手用锉刀和砂轮磨头清理铸、锻、焊工件的毛边，以及对某些成形表面进行光整加工等。该铣刀可装在风动或电动工具上使用，生产效率和耐用度比砂轮和锉刀提高数十倍。

　　二、铣床夹具

　　铣削加工的常用装夹方法

　　铣削加工是平面、键槽、齿轮以及各种成形面的常用加工方法。在铣床上加工工件时，一般采用以下几种装夹方法：

　　(1)直接装夹在铣床工作台上大型工件常直接装夹在工作台上，用螺柱、压板压紧，这种方法需用百分表、划针等工具找正加工面和铣刀的相对位置，如图8-25a所示。

　　(2)用机床用平口虎钳装夹工件对于形状简单的中、小型工件，一般可装夹在机床用平口虎钳中，如图8-25b所示，使用时需保证虎钳在机床中的正确位置。

　　(3) 用分度头装夹工件如图8-25c所示，对于需要分度的工件，一般可直接装夹在分度头上。另外，不需分度的工件用分度头装夹加工也很方便。

　　(4) 用V形架装夹工件这种方法一般适用于轴类零件，除了具有较好的对中性以外，还可承受较大的切削力，如图8-25d所示。

　　(5)用专用夹具装夹工件专用夹具定位准确、夹紧方便，效率高，一般适用于成批、大量生产中。

（二）铣床夹具的主要类型

　　在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：

　　1.直线进给式铣夹具

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　　这类夹具在铣削加工中随铣床工作台作直线进给运动。如图8-26所示为双工位直线进给铣床夹具。夹具1、2安装在双工位转台3上，当夹具1工作时，可以在夹具2上装卸工件。夹具1上的工件加工完毕，可将工作台5退出，然后将工位转台转180?，这样可以对夹具2上的工件进行加工，同时在夹具1上装卸工件。

　2.圆周进给铣床夹具

　　这类夹具常用于具有回转工作台的铣床上，工件连同夹具随工作台作连续、缓慢的回转进给运动，不需停车就可装卸工件。如图8-27所示为一圆周进给的铣床夹具。工件1依次装夹在沿回转工件台3圆周位置安装的夹具上，铣刀2不停地铣削，回转工作台3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。此例是用一个铣刀头加工的。根据加工要求，也可用两个铣刀头同时进行粗、精加工。

　　（三）专用铣床夹具的结构分析

　　1.杠杆铣斜面铣夹具

　　图8-28为杠杆类零件上铣两斜面的工序图，工件形状不规则。图8-29为成批生产中加工该零件的单件铣床夹具。

　　工件以精加工过的孔?22H7和端面在台肩定位销9上定位，限制工件的五个自由度；以圆弧面在可调支承6上定位，限制工件的转动自由度。从而实现了工件的完全定位。

　　工件的夹紧以钩形压板10为主，其结构见A-A剖面图，另在接近加工表面处采用浮动的辅助夹紧机构，当拧紧该机构的螺母时，卡爪2和3相向移动，同时将工件夹紧。在卡爪3的末端开有三条轴向槽，形成三片簧瓣，继续拧紧螺母，锥套5即迫使簧瓣胀开，使其锁紧在夹具中，从而增强夹紧刚度，以免铣削时产生振动。

　　具体的底面A放置在铣床工作台面上，夹具的两个定位键8安装在工作台T形槽内，这样铣夹具与铣床保持了正确的位置。因此铣夹具底面A和定位键的工作面B 是铣夹具与铣床的接合面。定位元件工作表面与铣夹具的A面和B面的精度是影响安装误差?A的因素。该夹具定位销9的轴心线应垂直于定位键的B面定位销9的台肩平面应垂直于底面A，它们的精度均影响夹具的安装误差。

　　夹具上的对刀块7是确定铣刀加工位置的元件，即对刀块的位置是体现了刀具的位置，因此对刀块与定位元件的精度是影响调整误差?T的因素。该夹具中对刀块7与定位销9的轴心线的距离18±0.1mm、3±0.1mm即是影响调整误差的因素。

　　定位元件的精度即?22H7/g6、36±0.1mm等尺寸是影响定位误差?D的因素。

2.双件铣双槽专用夹具

　　图8-30为车床尾座套筒铣鍵槽和油槽的工序图，工件外圆和两端面都已加工。

　　本工序采用两把铣刀同时进行加工，图8-32为用于大批生产的夹具。在工位I上用三面刃盘铣刀铣键槽，工件以外圆和端面在V型块8、10和止推销12上定位，限制了工件的五个自由度。在工位Ⅱ上，用圆弧铣刀铣油槽，工件以外圆、已加工过的键槽及端面作为定位基准，在V形块9、11，定位销12和止推销 14上完全定位。由于键槽和油槽的长度不等，为了能同时加工完毕，可将两个止推销的位置前后错开，并设计成可调支承，以便调整。

　　夹具采用液压驱动联动夹紧，当压力油从油路系统进入液压缸5的上腔时，推动活塞下行，通过支承钉4、浮动杠杆2、螺杆3带动铰链压板7下行夹紧工件。为了使压板均匀地夹紧工件，联动夹紧机构的各环节采用浮动联接。要尽量小方能保证夹紧稳定，可靠。
　　该夹具中影响定位误差、调整误差、安装误差的各项技术要求请读者自行分析。

　　（四）铣床夹具的设计要点

　　1.铣夹具的总体设计及夹具体

　　在铣削加工时，切削力比较大，并且刀齿的工作是不连续切削，易引起冲击和振动，所以夹紧力要求较大，以保证工件的夹紧可靠，因此铣床夹具要有足够的强度和刚度，必要时应设置加强筋。

　　为了提高铣床夹具在机床上安装的稳定性和动态下的抗振性能，各种装置的结构应紧凑，加工面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心，一般夹具的高度H与宽度B之比应限制在H/B≤1~1.25范围内。

　　铣削加工生产率高(切削时间短)，设计夹具时要考虑如何快速地安装工件以缩短辅助时间，一般在夹具上还设置有确定刀具位置及方向的元件，以便于迅速地调整好夹具、机床和刀具的相对位置。

　　另外，铣削加工时产生大量切屑，应有足够的排屑空间。对于重型铣床夹具，为便于搬运，还应在夹具体上要设置吊环等。

　　2.铣床夹具的安装

　　铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，所以在设计时就必须考虑其安装方法。一般情况下，我们在夹具底座下面装两个定位键，将这两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上。

　　常用的定位键的断面为矩形，如图8-32所示。定位键可以承受铣削时的扭矩，其结构尺寸已标准化，设计时应按铣床工作台的T形槽尺寸选定。对于A型键，其与夹具体槽和工作台T形槽的配合尺寸均为B，其公差带可选h6或h8。夹具上安装定位键的槽宽B2取与B尺寸相同，其公差带可选h7或js6。为了提高精度可采用B型键，与T形槽配合的尺寸B1留有0.5mm磨量，与机床T形槽实际尺寸配作。

　　另外，在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座，如图8-33所示，其结构尺寸也已标准化，可参考有关夹具设计手册。

　　为保证安装精度，两个定位键间的距离尽可能大些。安装夹具时，让键紧靠T形槽一侧，减小间隙的影响。

　　对于精度要求高的夹具，常不设置定位键，而在夹具体的侧面加工出一窄长平面作为夹具安装时的找正基面。

　　如夹具宽度较大时，可以在同侧设置两个耳座，但两耳座的间距必须与工作台上两个T形槽的间距相同。如定位精度要求高时，可修配定位键下部的尺寸b，或在安装夹具时将夹具推向T形槽的一侧。以避免间隙的影响。

3.铣床夹具的对刀装置

　　铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。

　　图8-34a所示是对刀的简图，图中1是对刀块，2是塞尺，3是铣刀。

　　采用塞尺的目的，是为了不使刀具与对刀块直接接触，以免损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。使用时，将塞尺放在刀具与对刀块之间，凭抽动的松紧感觉来判断，以适度为宜。

　　常用的塞尺有平塞尺和圆柱塞尺两种，都已标准化，如图8-35b、c所示为常用标准塞尺的结构，一般在夹具总图上应注明塞尺的尺寸。平塞尺(图b)的厚度H常用的为1、3、5mm，圆塞尺(图c)的基本尺寸d为?3mm或?5mm，设计时可参阅《夹具零件及部件》中的GB2244—80和GB2245—80。

　　标准对刀块的结构尺寸可参阅国标《夹具零件及部件》中的GB2240—80等。若采用标准对刀块不便时，可以设计非标准的特殊对刀块。对刀块通常制成单独元件，用螺钉和定位销定位在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸。对刀块工作表面的位置尺寸(H、L)，一般是从定位表面注起，其数值应等于工件相应尺寸的平均值再减去或加上塞尺的厚度S。其公差常取工件相应尺寸公差的1/3~1/5。

　　为简化夹具结构，生产中有时不用对刀装置，而采用试切法、标准件对刀法或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置。

wanxt1971

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