铣削曲面时必须注意的8个问题

铣削曲面时必须注意的8个问题

1.刀具的选择

数控机床在加工模具时所采用的刀具多数与通用刀具相同。经常也使用机夹不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。由于模具中有许多是由曲面构成的型腔，所以经常需要采用球头刀以及环形刀（即立铣刀刀尖呈圆弧倒角状）。

2.装配铣床夹具需要注意的事项

按照铣削时的进给方式通常将铣床夹具分为直线进给式、圆周进给式、及靠模铣夹具。那么给铣床装配这些夹具时需要注意什么问题呢？

一、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，夹具的***要尽可能低，夹具体与机床工作台的接触面积要大。

第二、利用铣床铣削加工生产率高（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，一般在夹具卜．还设置有确***置及方向的元件，以便于迅速地调整好夹具、机床的相对位置。

第三、装配铣床夹具时还要考虑切屑流出及清理方便。铣削加工时产生大量切屑，应有足够的排屑空间，大型夹具应考虑排屑口、出屑槽；对不易清除切屑的部位和空间应加防护罩。加工时采用切削液时，夹具体设计要考虑切削液的流向和回收。对于重型铣床夹具，为便于搬运，还应在夹具体上设置吊环等。

3.铣削曲面时应注意的问题

(1) 粗铣 粗铣时应根据被加工曲面给出的余量，用立铣刀按等高面一层一层地铣削，这种粗铣效率高。粗铣后的曲面类似于山坡上的梯田。台阶的高度视粗铣精度而定。

(2) 半精铣 半精铣的目的是铣掉“梯田”的台阶，使被加工表面更接近于理论曲面，采用球头铣刀一般为精加工工序留出0.5㎜左右的加工余量。半精加工的行距和步距可比精加工大。

(3) 精加工 ***终加工出理论曲面。用球头铣刀精加工曲面时，一般用行切法。对于开敞性比较好的零件而言，行切的折返点应选在曲表的外面，即在编程时，应把曲面向外延伸一些。对开敞性不好的零件表面，由于折返时，切削速度的变化，很容易在已加工表面上及阻挡面上，留下由停顿和振动产生的刀痕。所以在加工和编程时，一是要在折返时降低进给速度，二是在编程时，被加工曲面折返点应稍离开阻挡面。对曲面与阻挡面相贯线应单作一个清根程序另外加工，这样就会使被加工曲面与阻挡面光滑连接，而不致产生很大的刀痕。

(4) 球头铣刀在铣削曲面时，其刀尖处的切削速度很低，如果用球刀垂直于被加工面铣削比较平缓的曲面时，球刀刀尖切出的表面质量比较差，所以应适当地提高主轴转速，另外还应避免用刀尖切削。

(5) 避免垂直下刀。平底圆柱铣刀有两种，一种是端面有尖孔，其端刃不过中心。另一种是端面无尖孔，端刃相连且过中心。在铣削曲面时，有尖孔的端铣刀对不能像钻头似的向下垂直进刀，除非预先钻有工艺孔。否则会把铣刀顶断。如果用无尖孔的端刀时可以垂直向下进刀，但由于刀刃角度太小，轴向力很大，所以也应尽量避免。好的办法是向斜下方进刀，进到一定深度后再用侧刃横向切削。在铣削凹槽面时，可以预钻出工艺孔以便下刀。用球头铣刀垂直进刀的效果虽然比平底的端铣刀要好，但也因轴向力过大、影响切削效果的缘故，好不使用这种下刀方式。

(6) 铣削曲面零件中，如果发现零件材料热处理不好、有裂纹、***不均匀等现象时，应及时停止加工，以免浪费工时。

(7) 在铣削模具型腔比较复杂的曲面时，一般需要较长的周期，因此，在每次开机铣削前应对机床、夹具、刀具进行适当的检查，以免在中途发生故障，影响加工精度，甚至造成废品。

(8) 在模具型腔铣削时，应根据加工表面的粗糙度适当掌握修锉余量。对于铣削比较困难的部位，如果加工表面粗糙度较差，应适当多留些修锉余量；而对于平面、直角沟槽等容易加工的部位，应尽量降低加工表面粗糙度值，减少修锉工作量，避免因大面积修锉而影响型腔曲面的精度。

整体硬质合金立铣刀及其应用

　　如果一个用户有一把可转位刀片式铣刀和一把整体硬质合金立铣刀（以下简称“整硬铣刀”）可供选择，他通常会问一个基本的问题：哪种刀具性能更好？它们在哪些加工领域更具优势？这与其说是一个孰优孰劣的问题，不如说是一个各擅胜场的问题。我们必须了解特定类型的刀具有哪些不同的性能特点，以及为了获得良好的加工效果，应该如何合理使用它们。

　　刀片式铣刀在许多方面都与整硬铣刀大相径庭。整硬铣刀采用了与刀片铣刀不同的基体材料和涂层类型，从而使这两类铣刀表现出明显的性能差异。如果在某种特定加工中，其中一类刀具的某些性能变得更为重要，那么或许此类刀具就更适合这种加工。

　　一般来说，与传统的刀片铣刀相比，整硬铣刀的加工精度要高得多。不过，这一事实只适用于刀具在切削加工中的表现。这两种刀具可能具有相同的尺寸精度等级，但由于整体硬质合金材料的刚性远远高于安装刀片的钢制刀柄，加工时在切削力作用下不易发生挠曲变形，因此能获得更高的加工精度。

　　需要牢记的另一个重要事实是刀具的接触弧长，一种特定刀具与被加工零件接触的圆周长度，它与切削时产生的热量以及被刀具、工件和切屑吸收的热量直接相关。整硬铣刀与钢制刀柄铣刀处理切削热的特点截然不同，这也会反映在切削策略的选择上。

　　为了更***地进行对比，还必须考虑刀具的直径尺寸。在直径小于10mm的小直径铣刀范畴，很少能见到刀片式铣刀的踪影，显然，整硬铣刀是当然之选。而在与之相对应的大直径铣刀领域，由于经济性的原因，整硬铣刀却并非明智的选择。直径尺寸10－25mm左右的中等规格铣刀则是多种铣刀类型交迭共存的区域（见图1）。在此范围内，被加工形状的复杂性、可达性以及加工精度要求成为选择刀具的初始依据。

图1 整硬铣刀和刀片铣刀的加工领域

整硬铣刀的基体材料

　　整硬铣刀的加工性能在很大程度上取决于所用硬质合金基体材料的类型。基体材料之所以至关重要，是因为它必须支撑刀具的切削刃，必须承受很大的切削力，而且必须防止任何形式的刀具破损。

　　为了确保铣刀具有足够的韧性，并能提供良好的动态抗力，整硬铣刀通常采用微细晶粒硬质合金作为基体材料（见图2）。这种基体具有更高的硬度和更好的刃口锋利性，同时还能保持良好的韧性。但是，与常规粒度的硬质合金基体相比，微细晶粒硬质合金的导热性（将热量从切削区带走的能力）相对较差。这就意味着，刀具切削时产生的热量往往会驻留在刀具表面。因此，整硬铣刀的切削刃必须能够承受这种切削热，并控制接触弧长，这是选择整硬铣刀时始终需要考虑的一个重要条件。

图2 硬质合金晶粒尺寸的影响和功能性

整硬铣刀的涂层和切削刃制备

　　为了提高刀具耐磨性，并将产生热量的切削区与刀具基体隔离开（切削热在基体中的积聚可能会缩段刀具寿命），整硬铣刀通常都要采用涂层。此外，由于整硬铣刀的切削刃比较锋利，因此，刀具基体与涂层之间具有恰当的附着力也至关重要（见图3）。尤其对于直径较小的整硬铣刀来说，切削刃锋利度是刀具加工性能的一项关键要素。

图3 涂层对刃口锋利度的影响

　　理想的整硬铣刀切削刃应具有尽可能高的硬度，以及可将崩刃风险降至蕞低的适当锋利度。通过合理的切削刃制备，可以部分实现这一目标。一般来说，根据要求达到的加工质量和刀具寿命水平，不同的整硬铣刀可以采用不同的切削刃制备型式、刃口形状和锋利度。

　　切削刃是刀具的前刀面和后刀面相交形成的交线，通过刃磨前刀面和后刀面，可以获得锋利的切削刃。如果直接在锋利的切削刃上沉积PVD涂层，涂层内部会产生很高的应力。由于这种高内应力的影响，涂层在切削时容易***和剥落，从而缩小刀具寿命。涂层的质量和有效性取决于其在切削过程中承受和/或减小磨损率的能力。为了使涂层能更牢固地附着于切削刃上，并防止切削刃发生破损，有必要对切削刃进行强化（钝化）处理（见图4）。换句话说，为了确保加工稳定性和实现涂层功能，必须牺牲一部分刃口锋利度，而这反过来又会增加刀具寿命。

图4 锋利的切削刃（上）和经过钝化的切削刃（下）

　　甚至可以说，切削刃制备对整硬铣刀的重要性超过了基体类型和涂层技术。从逻辑上讲，这对整硬铣刀的重磨有很大的影响。刀具重磨后，如果不对其刃口重新进行钝化处理，使其***到初始状态，就无法充分发挥修复刀具的全部潜力。因此，考虑到整硬铣刀不菲的初始成本，由原来的刀具制造商及其具有资质的服务中心来从事刀具重磨业务至关重要。

整硬铣刀的加工策略

　　根据整硬铣刀的尺寸大小和几何形状，可将其划分为几个大类，并按不同的加工范围再细分为许多专门的小类。在不同的刀具应用领域，刀槽几何形状、刀尖角、前角和后角、螺旋角等设计特点都发挥着重要作用，并将各类整硬铣刀明确地区分开来。这种分类对于整硬铣刀和加工策略的选择具有指导作用。

　　那么，选择哪种加工策略好呢？这要取决于总的加工目标：你的主要目的是蕞大限度地提高生产率和零件产量，还是尽可能降低刀具成本和简化刀具种类？此外，这也取决于被加工零件及与之相关的各种要素：刀具是用于切槽，还是用于侧铣，或者两种加工兼而有之？

　　需要考虑的***后（但并非***不重要）一个问题是约束条件，例如：机床的潜在加工能力有多大？工件的夹持刚性如何？这些要素可能会成为限制因素，使你无法采用一些更***的加工策略，或无法使用一些更***的专用整硬铣刀。

　　整硬铣刀的正确选择取决于多种因素，***重要的是采用正确的加工策略。实际上，在大多数情况下，许多制约因素都无法改变：加工机床、CAM系统以及被加工零件的材料、尺寸、公差、形状等都是给定的常量。不过，在现有加工系统框架内，仍然可以通过制定正确的加工策略和采用多种方法来影响加工结果，还可以根据加工总目标，通过改变进给率、切削速度和切削深度，对切削条件进行优化调整。

　　根据选定的主攻方向和技术策略，就可以合理选择整硬铣刀。显而易见，有两种可能的选刀方式：①按加工性能选刀，即根据加工类型（如侧铣、铣槽或三维成形铣削），选择用途单一的专用型铣刀，以获得很好性能；②按使用范围选刀，即选择种类较少，但适用范围更广的通用型铣刀。无论采用何种选刀方式，用户都需要在现有整硬铣刀品种规格中进一步缩小选择范围。

专用铣刀与通用铣刀

　　目前有5种不同类型的整硬铣刀可用于各种金属材料的常规加工（见图5）。其中，地一类刀具为一代整硬铣刀，其历史可追溯到小型立铣刀主要采用高速钢制造的年代，现在已落后过时。在20世纪70年代后期，小型立铣刀的基本材质开始由高速钢转换为硬质合金，但其典型的几何特征仍然沿用高速钢立铣刀的设计，这些设计比较适合当时的加工任务。如今，此类刀具无论是售价还是性能，都处于整硬铣刀市场的低端。

立铣刀螺旋角巨细对切削功能的影响

一、螺旋刃立铣刀的根本特性与问题的提出立铣刀的根本刃口形状（螺旋槽形状）有直形和螺旋形两种。因为螺旋刃立铣刀相对于直刃具有切削轻捷、平稳、功率高和使用范围广等长处，因而在铣削加 工中得到了广泛应用。依据加工设备和加工对象的不同要求，螺旋刃立铣刀有左刃、右刃和左螺旋 、右螺旋之分的４种不同组合；

1、其间左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的轴向切削阻力有把 立铣刀从刀夹中拔出的趋势，需选用拉紧螺栓战胜轴向切削阻力．而左刃右螺旋和右刃左螺旋的轴

向切削阻力刚好把立铣刀压向夹头方，故多选用锥柄加扁尾，以适应大功率切削．因为右刃右螺旋 立铣刀可让切屑沿排屑槽向柄部排出，易保证切削的平稳进行，契合机床主轴旋向标准，在高功能

夹头的支持下装卸方便，所以，其使用范围***广，使用量蕞大．实践应用中的螺旋刃立铣刀，其螺 旋角一般在30°～45°。在刀具原理、设计和应用技能领域，依据工件资料、刀具资料及切削

加工诸参数的不同，有关螺旋刃立铣刀的切削力、扭矩、切削功率及前角、后角等首要刀具视点的 设计计算公式、试验数据与使用经验等资料很多，但有关螺旋角巨细与立铣刀加工功能的评论和资

料介绍很少．一般以为，螺旋刃立铣刀的螺旋角β就是刃倾角λｓ，但有关刃倾角的介绍和评论主

要以车削加工为主线展开，而铣削和车削究竟有许多不同之处，因而不可能彻底适用．

2、对铣削而言 ，一般以为较大的螺旋角能够添加同时工作的齿数，减少铣削过程中的冲击和添加其平稳性并使立铣刀刀刃尖利、实践前角增大．除此之外，螺旋角的巨细敌对铣刀的功能究竟还会产生什

么样的影响呢？刀具视点之间是相互联络和影响的．不妨首要经过试验和实践加工例，取得开始认 识和相关知识，为进一步的深入探讨做准备。

二、螺旋角与２刃立铣刀铣槽试验试验在立式加工中心 上进行．选用直径?12ｍｍ的不同螺旋角的２刃立铣刀，铣宽度×高度为12ｍｍ×12ｍｍ的

槽，并以加工后槽的底面为基准，丈量槽的两边面的笔直度差错（旁边面蕞大变形量ΔＸ），经过比 较差错值的巨细来评价螺旋角巨细敌对铣刀铣槽时加工精度的影响．被切削资料为硬度28HRC 的碳素钢．试验中各刀具的切削参数一致为：进给速度50ｍｍ／ｍiｎ，切削速度29ｍ／ｍiｎ，吃刀深度12ｍｍ．切削中冷却液选用油性．试验成果如图１所示．图１螺旋角与铣槽时的加

工精度图２铣旁边面时的螺旋角与加工精度从试验成果能够看出：

1、逆铣侧总是呈现过切，而与 之相反，顺铣侧总是呈现漏切，且过切量和漏切量的蕞大点在立铣刀伸出***远处．这一点契合逆铣 、顺铣时的刀具变形规则和刀具伸出长度的变形规则．

2、立铣刀的螺旋角小于30°前，不管 是顺铣侧仍是逆铣侧，笔直度差错值都随螺旋角的增大而增大．螺旋角大于40°今后，又随螺旋

角的增大而变小．因而，能够以为立铣刀有较小的螺旋角或有较大的螺旋角时，其铣槽加工的形状 精度高．

3、从加工精度看，在螺旋角为０，即切削刃为直刃时精度蕞高．但从立铣刀螺旋角的 根本特性可知，这时彻底呈断续切削，切削冲击力大，对刀具本身的制作精度要求高，加工精度对

刀具本身精度的依赖性很强，刀具的使用寿命短．所以，实践应用中应依据具体情况辩证地考虑。

三、螺旋角与４刃立铣刀铣旁边面试验在立式加工中心上，用螺旋角分别为30°和55°度的４刃立

铣刀铣旁边面，比较两种立铣刀随切削宽度（径向吃刀量）的改动对加工精度的影响．立铣刀直径为 ?25ｍｍ，被切削资料为硬度94HRB的45号钢．切削悉数选用顺铣方式和干式切削．切削

参数一致为：进给速度100ｍｍ／min，切削速度26ｍm／min，切削深度38ｍｍ．加工

后所测得的笔直度差错、平面度差错和外表粗糙度值如图２所示．能够看出，在切削宽度不是特别 大时，55°的大螺旋角立铣刀比30°螺旋角立铣刀的加工精度高．这一点与图１的铣槽试验结

果相吻合．剖析其原因，能够以为这是因为当切削宽度较小时，螺旋角较大的立铣刀实践前角大， 刃口尖利，切入性好；切向切削阻力小，减小能量消耗和刀具变形，切削轻捷；切削刃与被切削面

的接触点多，使立铣刀切入和切出时比较平稳，切削阻力的波动小，减弱了加工中敌对铣刀的振荡 鼓励等要素的综合效应所致．

四、螺旋角特性的概括

1、螺旋角与切削阻力：切向切削阻力随螺旋 角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大．

2、螺旋角与前角：螺旋角的增大使立 铣刀实践前角增大，刃口愈加尖利．

3、螺旋角与被加工面精度：一般被加工面的笔直度和平面 度公差值随螺旋角的增大而添加，但螺旋角大于40°今后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势．

4、螺旋角与刀具寿命：圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角巨细根本成正比；另一方面，当螺旋角很 小时，轻微的刀具磨损也将显着下降刀具的切削功能，引起振荡，使刀具无法继续使用．当螺旋角

过大时，刀具刚性变差，寿命减低．

5、螺旋角与被切削资料：加工硬度低的软质资料时，用大 螺旋角，以增大前角，进步刃口的尖利性；加工硬度高的硬质资料时，用小螺旋角，以减小前角，

进步刃口的刚性．

***终螺旋角是螺旋刃立铣刀的首要参数之一，螺旋角巨细的改动对刀具的切 削加工功能有很大影响．跟着数控加工技能和柔性制作技能的发展，在刀具制作工艺上改动螺旋角 的巨细已成为可能和十分简洁．假如进一步深入研究螺旋角巨细对螺旋刃立铣刀切削功能的各种影 响，在制作和选用螺旋刃立铣刀时，结合机床和工装卡具的功能，依据被加工资料的功能及加工精 度、加工功率以及刀具资料和刀具寿命等要素综合考虑，优化螺旋角的巨细，无疑会对促进***、 高精铣削加工起重要作用。