立式数控铣床常用铣刀的应用

摘 要：本文主要介绍了立式数控铣床常用铣刀及其特点和用途，为大家在实际生产中选用合适的铣刀加工零件提供参考。

关键词：立式数控铣床 面铣刀 立铣刀 键槽铣刀 模具铣刀

一、立式数控铣床的常见形式和工作方式

立式数控铣床有小型和中型之分。小型数控铣床一般为立式升降台结构，即机床的主运动和进给运动都是由工作成的；而中型立式铣床的主运动Z方向由主轴箱完成，进给运动X和Y方向运动由工作成。由于立式数控铣床一般都是三坐标机床，根据可控制联动的坐标轴数分类，立式数控铣床有三坐标联动数控铣床和两轴半坐标联动数控铣床。立式数控铣床常加工的零件有平面轮廓类零件、空间曲面轮廓类零件和模具类零件等，可用于零件的平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维及三维以上复杂型面铣削等。

二、立式铣床大平面加工常用刀具――硬质合金可转位面铣刀

1.面铣刀的定义

立式数控铣床加工大平面类零件时，一般选用面铣刀，也称端铣刀。面铣刀有一个大直径的刀盘，切削面积大，切削效率高。面铣刀的主切削刃分布在铣刀周围的圆柱面和圆锥面上，副切削刃分布在铣刀的端面上。

2.硬质合金面铣刀的分类及应用

立式数控铣床最常用的面铣刀是硬质合金可转位面铣刀，根据刀片主偏角的不同分为45°面铣刀、75°面铣刀和90°面铣刀等。45°面铣刀由于振动小，被经常使用，可加工平面和斜面、倒角面等。用该类刀具加工平面时，刀片破损率低，耐用度高。75°面铣刀的抗震性较90°面铣刀有较大改善，切削平稳、轻快，在平面加工中应优先选用。该类面铣刀为通用型刀具，适用范围较广，可用于粗加工。90°面铣刀既可加工台阶面，又可加工平面，但加工时振动大，要求机床具有较大功率和足够的刚性，一般用于薄壁件加工。

3.面铣刀直径和齿数选择方法

面铣刀直径选择时，主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内，也可将机床主轴直径作为选取的依据。面铣刀直径可按公式D=1.5d（d为主轴直径）选取。在批量生产时，也可按工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。面铣刀有粗齿、中齿和细齿之分。粗齿齿数少，容屑空间大，刀齿强度大，适合用于粗加工；中齿铣刀切削平稳，应用广泛；细齿铣刀齿数多，容屑空间小，刀齿的强度小，适合用于精加工。

三、立式数控铣床轮廓加工常用刀具――立铣刀

1.立铣刀的定义

立铣刀是数控铣床上利用率最高的刀具，可以加工平面、零件轮廓和一些开口通槽和成形面等。立铣刀的形状是圆柱形的，一般有三刃以上，主切削刃分布在铣刀的圆柱面上，端面上是副切削刃，铣刀端面的形状有中心孔式或是开口式。

2.立铣刀的螺旋角及其作用

立铣刀有左螺旋和右螺旋之分，铣削刃也有左刃和右刃之分，最常见的是右刃右螺旋。立铣刀圆柱表面上的刃可以是直刃，也可以是螺旋刃。但直刃是断续切削，振动大，表面质量不好；而螺旋刃是连续切削各刀齿沿切削刃逐渐切入和切出，振动很小，从而提高了切削过程的平稳性和工件的加工表面质量，带有螺旋刃的立铣刀最常见。

螺旋角一般有30°和45°两种。对于一些加工要求较低的工件，一般用30°螺旋角，用大进给量、小转速。而如果零件要求质量较高，就要选用45°螺旋角，用小进给量、大转速，提高零件的表面质量。

3.立铣刀的齿数选择

立铣刀的容屑槽随着刃数的增多而减小，而刚性则相反，刃数越多的立铣刀刚性越好，而刚性影响着铣削时刀具的平稳性。所以，一般将刀齿个数为3～6个的立铣刀用于粗加工，而将刀齿个数为5～10个的立铣刀用于精加工。

4.立铣刀的进给

立铣刀在应用时，有一个禁忌，即一般不能沿铣刀的轴向做进给运动，而推荐沿铣刀的径向做进给运动。但是如果改变加工方式，也可以沿Z方向切深进刀。常见的进刀方式如下。

（1）利用钻头和工艺孔进刀。先选用直径较小的钻头加工出工艺孔，再用立铣刀进行Z向垂直切深进给。

（2）利用螺旋进刀方法。数控铣床可以实现三轴联动螺旋线进刀，使得Z向进刀和内轮廓加工自然平滑过渡，一般不会产生加工刀痕，因此，这种方式得到广泛应用。

（3）斜线进刀方法。采用三轴联动的斜线方式进刀，利用立铣刀的端面刃切削，从而避免了刀具的中心部分参与切削。但不足之处是，这种进刀方式无法实现Z向进刀和内轮廓加工的平滑过渡，容易产生加工痕迹。

5.立铣刀的新成员――硬质合金螺旋齿铣刀

硬质合金螺旋齿铣刀比普通立铣刀直径大，在铣刀的圆周上开螺旋槽，在一个刀槽中装上两片或多片硬质合金刀片，并使相邻刀齿间的接缝相互错开，利用同一刀槽刀片之间的接缝作为分屑槽。这种铣刀的刀片多，而且相互错开，形同成熟的玉米，俗称“玉米铣刀”。由于是由多个硬质合金刀片组成的螺旋刃，因此“玉米铣刀”的强度高、切削力大，多被用于粗加工，可以有大的背吃刀量、大的进给量，铣削效率很高。如图1所示。

图1

6.立铣刀的新成员――波形刃铣刀

波形刃铣刀的刀刃为波形，可以有效地减低切削阻力，振动小，铣削效率高。波形刃铣刀将狭长的切屑经波刃分割为又厚又短小的碎切屑，排屑顺畅；波形刃能使切削刃的长度增大，不仅有利于散热，还可以更方便切削液渗入切削区，冷却效果好，可以用于精加工，如图2所示。

图2

四、立式数控铣床槽类常用刀具――键槽铣刀

键槽铣刀在外形上和立铣刀非常相近，只是键槽铣刀都是两刃刀具，端面上没有中心孔，端面的刀齿从外圆开至轴心，螺旋角一般为30°，端面刀齿的强度高，所以端面刀齿上的切削刃为主切削刃，圆柱面上的切削刃为副切削刃。和立铣刀不同，键槽铣刀既可以沿轴向进给，也可以沿径向进给。槽铣刀因为只有两刃，所以刚性没有立铣刀大。但是，圆柱直径的精度和公差很严，铣刀的整体精度较高，这也使得在利用键槽铣刀铣削封闭圆头键槽时，要选择和键槽直径相同的铣刀，用铣刀的直径精度保证键槽的精度。在立式铣床刀具不够完备时，我们可以用键槽铣刀做多个内容加工，如平面、沟槽、轮廓等。这种方法经常在学生初学铣床对加工精度要求不是很高时使用。

五、立式数控铣床加工模具常用刀具――模具铣刀

在立式铣床上加工模具型腔和三维成型面时，要用到模具铣刀。模具铣刀按工作部分外形可分为圆柱形球头铣刀、圆锥形球头铣刀和圆锥形平头铣刀等几种，一般常选用直径规格较小的模具铣刀，可以灵活地加工模具上的一些曲面和有斜度的出模面等。模具铣刀的圆柱面、圆锥面和球面上的切削刃均为主切削刃，在铣削中铣刀可以沿轴向和径向做进给运动。

1.球头立铣刀

球头立铣刀以斜线铣或螺旋插补铣加工型腔，适用于高速加工，但因为球铣刀的球头的切削速度为0，一般不推荐用球头铣刀轴向进给，为保证加工精度，顶端切削一般采用很小行距，故球头铣刀常用于曲面的精加工。如图3所示。

图3

2.圆锥形铣刀

圆锥形铣刀的圆锥半角有3°、7°、10°、30°等。圆锥形模具铣刀在模具加工领域中应用很广泛，其作为成型刀具可以很方便地加工出斜面，生产效率高，编程简单。但要注意根据模具的出模角和斜面要求选用合适的铣刀，如图4所示。

图4

六、普通立铣刀和钻铣刀的区别

普通立铣刀的端面中心有中心孔，一般不能轴向进给。而钻铣刀虽属于立铣刀，但有至少一对端面的切削刃是连在一起的，即切削刃是过中心的，兼具了钻头和立铣刀的功用，所以可以轴向进给，但应选择较低的切削进给速度。在一些数控比赛中，经常使用这种新型钻铣刀，加工效率和加工质量均较高。

七、铣刀的选用

在实际数控铣削加工中，要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等情况，选择合适的刀具，还要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。如：虽然面铣刀、立铣刀都可以加工平面，但是如果平面的面积较大，还是优先选用面铣刀。在平面零件周边轮廓的加工中，一般选用立铣刀。加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的“玉米铣刀”。槽的铣削，开口槽或通槽用立铣刀和键槽铣刀均可，如果是圆头封闭键槽，要用键槽铣刀，如果是圆底槽，就要考虑球头铣刀了。

参考文献：

[1]人力资源和社会保障部教材办公室.数控加工工艺学（第三版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

[2]邓建新，赵军.数控刀具材料选用手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

（作者单位：开封市技师学院）