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  平面加工面铣刀及其参数选择栏目主持魏莹平面加工面铣刀及其参数选择尚亚(上海)国际贸易公司(201103)章宗城平面是零件的主要构成表面之一,近代主要用面铣刀(FaceMillingCutter)进行平面的铣削加工和用砂轮进行高精度平面的磨削加工.较小的平面可以用立铣刀,拉刀及插刀等加工.过去,精密表面加工主要靠磨削.随着刀片材料的发展,涂层技术的进步,刀具结构的创新和切削条件的改善等,面铣加工也能代替部分磨削,加工出精确的表面.用面铣刀进行平面加工的特点是:当切刃切人工件时,有很大的冲击并与工件剧烈摩擦,造成切削力和温度急速上升.而当刀刃切出被加工工件时,温度又迅速下降,受力变为零.刀齿反复地承受力和热的巨大变化,承受很大的交变应力和负荷.1.面铣刀的几何角度功能效果面铣刀的主要几何角度是前角,主偏角EH(或用与其互余的余偏角CH),副偏角,刃倾角,及后角.前角有垂直主刀刃某点所度量的实际前角,还有为便于测量,判断切屑形态,将前角分别在轴向剖面和径向剖面测出的轴向前角A.R,径向前角R.R.面铣刀的各几何角度以及它们的功能,作用效果如图1所示.安装在刀盘上的刀片,当轴向和径向所构成的前角均为正角时,称DP刃型(DoublePositiveRake).为使安装形成两向都是正角,此类刀片的法后角不为零,上下两面不等,故刀片只能用一面.使用一面的刀角经济性差些,但切削锋利.当轴向径向前角均为负角时,称DN(DoubleNegativeRake).它的法后角为零,刀头楔角成90.,强度大,刀片两面互相垂直形状尺寸相等,两面都能用,可用刀角增加一倍,经济性好,但不锋利.当径向前角为负,轴向前角为正称NP(Negative—PositiveRake).刀片只能用一面,生成的切屑是向外排且是易排出的螺旋形.还有一种是径向前角为正,轴向前角为负,称面铣刀的主副切削刃几何角度及其功能效果PN型,刀片也只能用一面,生成的切屑是向内排的涡卷形,这类切屑不易排出,易发生意外事故且只能用面,经济性差,故实用很少铣削时,正前角的刀片刀刃走在最前面,负前角相反.正前角越大,切削力及动力消耗越小,若过大,刀头强度会不足,易损伤刀片.主偏角和余偏角的大小影响切削力的径向分力与轴向分力分配的比率和切削厚度o=sinEH(为每齿进给量).主偏角小,切削厚度小,轴向分力增大,径向分力减少,反之亦然.主偏角为90.的可加工垂直台阶面,切削厚度最大,径向分力大增,轴向分力近于零.副刀刃的副偏角大小直接决定因进刀产生残留面积的高度与形状,即理论表面粗糙度状态.一般副偏角越小,加工表面越光洁.但轴向力增大,为减少此力,副刀刃长度宜短,副偏角若为零,副刀刃长度大于每齿进给量,理论上可切除残留面积,表面上的质量提高.当然除此之外,加工中的振动,表面塑性变形等也会影响加工表面粗糙度.另外,面铣刀是多齿刀具,每个刃齿刀尖及副刀刃的高度是否一致,是否互相平行,有否偏斜,也影响加工质量,一般很难做到完全一致.再加上刀片,刀体的制造精度,与刀片安装有关零件的制造精度以及加工中出现的振动,粘附等,都会影响刀片在铣刀中的一致性.这些不一致造成刀片安装后在轴向和径向位置上的振摆不均,造成加工表面上的质量不良.为此,刀片安装在刀体上后,应限制振摆的大小,通常轴向也就是端面的振摆应控制在0.03mm以内,径向振摆应在0.05mm以内.副刀刃的长度可设计为1～2.5mm,副刀刃可不完全做成平的,而作出半径为100～200ram的大圆弧.这样可能减少轴向力与振摆的不良影响,较易获得高的加工表面上的质量.为提高多齿面铣刀的加工表面上的质量,可在面铣刀中据其直径大小和齿数多少,安装1～2刀片,它应比普通刃在轴向多出0.03—0.1mm,修光刃副刀刃长度必须比面铣刀每转进给量大.当面铣刀直径较大,每转进给量大于修光刃刃长时,可互间的振摆.修光刃负荷大,应选耐磨性能高的材料制作.2.面铣刀的几何角度相互关系与接触状态冲击负荷面铣刀铣削平面时,各角度的形成与刀片安装有关.各角度的正负,大小决定切削时刀片的哪一点,哪一条线及哪一部位与工件首先接触,这直接影响刀片是否容易损坏和它的寿命长短.接触时,开始只是局部的点,线,面,以后逐渐扩大到应有的接触面,即每刀齿的平行四边形切削面积(见图2)(面积大小=背吃刀量CI,.X每齿进给量=主刀刃切削长度即切削宽度X切削厚度).这段由局部到整个接触面经过的时间称冲击时间.这段时间愈长,对刀刃的损伤所致程度和刀具的寿命愈有利.44最先接触处与冲击负荷为判断其接触好坏,介绍国外一简单方法供参考,即用其径向前角R.R与切入角E相比.所谓切人角E(EngageAngle)是铣平面时,工件最先和刀片的接触点和刀具中心的连线与刀具中心线在对被加工工件切人一侧所形成的夹角(见图3).可简单地由铣刀的半径和该点到铣刀中心线垂直距离间的正弦关系求得.R.RE为好,这时是刀片刀刃上前刀面上的一点非刀角处先接触,以后扩大到整个接触面.经分析该处承受冲击后不会非常容易损坏.到底在何处接触,可据余偏角的正切tanCH和tanA.肜tanR.R—tanE的值相比而定.前者小于后者,最先接触在前刀面上一点的部位,正好相当切削面积平行四边形的内上点处,冲击时间经时最长,刀片最结实,最耐冲击.前者大于后者,接触在非刀角切削平行四边形内下点处,由此点开始的冲击时间也较长,亦可.前者等于后者时,首先接触在切削面积平行四边形的内长边处也可.但是请注意,R.RE时,各种接触情况均不佳,都在切削平行四边形的外侧即主刀刃上,应避免之,宜以此确定合理的面铣刀各角度间关系和面铣刀相对于工件的安装的地方.从安全接触角度来看,可将平面铣切削幅宽定为面铣刀直径的60%,即40%面铣刀处于未切削空冷状态,并采用顺铣方式即铣刀的切线速度方向与工件进给方向一致为宜.面铣刀中心和工件中心一致时的面铣加工时,当工件宽度较面铣刀直径窄,为B时,可选面铣刀直径D=(1.2～1.3)B.当工件宽度比面铣刀大时,可分2～3工,应注意将面铣刀中心置于工件内侧.使用比工件宽得多的面铣刀时,安装时应尽可能使尽量多的刀齿参与切削.另外,铣刀安装的地方应避免铣刀外径和工件外侧一致,以便使二者接触时,切削厚度从零开始,这样会加剧刀片磨损.的构成3.刀片的夹持方式与面铣刀一般选择步骤刀片夹持在刀体上,通常用螺钉式和楔块式两种方法.简单的螺钉式安装,刀片不能再调整伸出高度.楔块式安装刚性好,利用刀尖作基准,判断高度差后,松动楔块即可调整刀片高度.楔块式夹紧的缺点是组成零件较多,较复杂.一定要采用相应的防护及平衡结构,否则一般不用在高速切削上.平面铣削时,面铣刀选择的一般步骤为:选主偏角90.(余偏角0.).具体按工件安装刚性好坏选择主偏角实际数值.刚性好时,可选安装后为45.的,也可选主偏角较小,可转位次数多经济性好,刀头强度大的圆形刀片.工件安装刚性不好,为使向下轴向切削力减小,可选主偏角45.,如 75.,甚至90.的.前角也可取大些,以减少切削力. 要求加工呈直角的台阶面时,主偏角选90..据切 深大小同时考虑主偏角大小选择刀片尺寸.切深大 主偏角小,刀片尺寸应选较大的.反之亦然.据 工件尺寸选择面铣刀直径.据工件安装刚性,机 床功率大小选面铣刀刃齿数.刚性和功率两者均大 时,特别在铣削力较小的铸铁和有色金属时,可选 多刃齿,超多刃齿的面铣刀,以提高进给量和加工 效率.当加工平面精度要求高时,刀片可选用可 调楔块锁紧式面铣刀,以刀尖为基准,通过微调螺 钉等调整使刀齿振摆控制在更小的波动范围内,同 时选用外周研磨过的高精度刀片.加工表面上的质量要 求很高时,可选用带修光刃的刀片.而在一般的加 工精度要求时,可选用螺钉方式夹紧刀片的面铣刀 和模压制造的普通精度级别刀片比较经济.面铣 刀刀片形状多选抗冲击载荷大,刀角大的方形,六 角形,七角形,八角形和圆形刀片. 4.面铣刀所用刀片的材料与刃形选择 面铣刀的刀片材料刃形主要按工件材料来选择. (1)切碳钢,合金钢时,由于塑性好,切削生 成的带状切屑从前刀面滑过,切屑不易分断,故宜 用NP 刃形刀片,带相应的断屑槽.切削强度低的软 钢时,可用DP 刃形刀片.切钢时,带状切屑从前刀 面滑过,前刀面温度高易造成扩散磨损,使前刀面 形成月牙洼损伤,故应用ISO 标准中耐热性高的P, M类材料加PVD,CVD 涂层,也可用抗粘结性好的 金属陶瓷减少表面粗糙度值.前刀面可采用大前角, 以提高锋利性,减少摩擦力与粘结损伤,使切屑快 速顺利流出前刀面,以减少切削温度,同时提高抗 月牙洼损伤能力. 前角为20.刀片的月牙洼磨损比0.的小,由图4 可见,大前角时,刀头强度虽显得弱,但月牙洼损 伤减少,寿命反而延 长.碳钢,合金钢若 被淬硬,面铣刀刀齿 易损,刀片材料则需 用耐冲击,韧性好的 超微粒硬质合金加 PVD 涂层(常为硬度 受冲击负荷的条件图4前角大小与月牙洼磨损 下,也能够正常的使用硬度高,韧性较好的立方氮化硼 (CBN)牌号刀片,如直径较小的三菱OCTACUT 铣刀就有装CBN刀片的.牌号MB730 是CBN 原料 加钴基粘结剂二次烧结制成,除可加工硬钢外,也 可加工铸铁.这种材料韧性好,可进行断续切削的 铣加工. (2)加工铸铁时,因为生成崩碎切屑,振动大, 刀头强度要求高.但切屑碎小,切削力不大,不要 求刀刃特别锋利时,常用经济性好的双负角DN 片.刀片材料用ISO标准中抗振性最好的K 系列牌 号再加PVD,CVD 涂层,也可用抗粘结性好的金属 陶瓷,为提高切削效率和加工速度可用陶瓷(如复 合的氧化铝系和复合的氮化硅系)和CBN 材料如前 述的MB730 刀片.由于铸铁切削力较小,为提高加 工效率常用多齿,超多齿的刀盘. (3)加工铝铜等轻合金时,因这类材料强度低, 切削力小,可用双重正前角DP 型刀片,后角也取得 较大.刀片材料多用ISO 标准N 系列,K 系列加 PVD 涂层.因切屑易粘结在刀片上,最好用表面研 磨过的较高精度刀片.高速铣削铝材时可用硬度最 高常规使用的寿命特长的聚晶金刚石(PCD)刀片,汽车 发动机的铝气缸体,气缸盖大批量生产时多用之. (4)加工不锈钢时应注意,先要区分不锈钢种 类.一般铁素体不锈钢(埘0.12%,为12%～ 18%,即基体主要是含碳量低的铁素体组织)和马 氏体不锈钢(Wc 为0.1%～1.2%,Wc 为12%一18% 含碳量高,可淬火后形成高硬的马氏体组织)的综 合力学性能较适中,加工难度适中.困难在于铣削 奥氏体不锈钢,析出硬化不锈钢(即经一定的热处 理,从晶体中析出颗粒极小的碳化物等细微杂质, 参磊工.冷加工:45u^^,,,,l^^,疗州,rJ,n,打v 减震器加工磨削液集中净化供液系统 的管理及浓度监测 无锡凯迩必拓普减震器有限公司(江苏214028)沈奇 近年来随着我们国家经济的快速发展,机械加工企 业逐步向专业化,规模化方式生产制造产品.为了 提高加工产品的质量,一直更新制造装备,完善加 工工艺,降低生产所带来的成本,对于大,中型机械加工厂, 在可能的情况下,应当考虑采用集中循环系统为多 台机床供应切削液,但各台机床必须是采用同一种 切削液. 由一个独立的系统循环过滤磨削液提供多台磨 床同时使用,满足各台磨床的运行需求,该系统为 磨削液集中净化供液系统,并在摩托车减震器制造