第三章成形铣刀

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1、1第 一 篇主讲：陶福春主讲：陶福春成形刀具设计成形刀具设计2第三章、成形铣刀第三章、成形铣刀 成形铣刀与成形车刀相同之处是刀具廓形都要根据工成形铣刀与成形车刀相同之处是刀具廓形都要根据工件廓形设计。用成形铣刀可在通用的铣床上加工复杂形状件廓形设计。用成形铣刀可在通用的铣床上加工复杂形状的表面，并获得较高的精度和表面质量，生产率也较高。的表面，并获得较高的精度和表面质量，生产率也较高。成形铣刀常用于加工成形直沟和成形螺旋沟等。成形铣刀常用于加工成形直沟和成形螺旋沟等。类型：成形铣刀的刃形是根据所要铣削的工件截面形类型：成形铣刀的刃形是根据所要铣削的工件截面形状设计的。有些成形铣刀，如状设计的。

2、有些成形铣刀，如凸半圆成形铣刀、凹半凸半圆成形铣刀、凹半圆成形铣刀圆成形铣刀等，已经标准化；有些则可以根据部颁标等，已经标准化；有些则可以根据部颁标准资料制造；对于特殊刃形的成形铣刀就要自行设计。准资料制造；对于特殊刃形的成形铣刀就要自行设计。属于成形铣刀范围的还有：属于成形铣刀范围的还有：麻花钻槽铣刀，丝锥槽铣麻花钻槽铣刀，丝锥槽铣刀，花键槽铣刀，螺纹铣刀，盘形齿轮铣刀，扳手钳刀，花键槽铣刀，螺纹铣刀，盘形齿轮铣刀，扳手钳口铣刀等。口铣刀等。3铲齿成形铣刀是用成形车刀按一定曲线铲出的。磨损铲齿成形铣刀是用成形车刀按一定曲线铲出的。磨损后是沿径向重磨前刀面的，其刃磨比较简单后是沿径向重磨前刀面

3、的，其刃磨比较简单.图图8 8一一17(b)17(b)是铲齿成形铣刀磨损后沿前刀面刃磨时的示意图。是铲齿成形铣刀磨损后沿前刀面刃磨时的示意图。由图可见，前角为由图可见，前角为0 的前刀面是通过铣刀中心的平面，的前刀面是通过铣刀中心的平面，刃磨时只要磨出一个通过铣刀中心的平面即可，因此刃磨时只要磨出一个通过铣刀中心的平面即可，因此刃磨很方便。本节主要介绍铲齿成形铣刀。刃磨很方便。本节主要介绍铲齿成形铣刀。尖齿成形铣刀的齿背是利用专门的靠模铣削和刃磨的。尖齿成形铣刀的齿背是利用专门的靠模铣削和刃磨的。在磨损后是重磨后刀面的，如果刃形复杂则刃磨很困难。在磨损后是重磨后刀面的，如果刃形复杂则刃磨很困难

4、。如图如图8 81717所示的尖齿所示的尖齿(半圆半圆)成形铣刀每次重磨时都要成形铣刀每次重磨时都要沿沿abcabc的半圆形状来刃磨，给使用部门带来很大困难。但的半圆形状来刃磨，给使用部门带来很大困难。但刀具的耐用度和加工表面质量高刀具的耐用度和加工表面质量高,适合在大批量生产中使适合在大批量生产中使用用.按照齿背的加工方法按照齿背的加工方法,成形铣刀可分为成形铣刀可分为尖齿成形尖齿成形铣刀和铣刀和铲齿成形铣刀。铲齿成形铣刀。4（一）、成形铣刀（一）、成形铣刀铲齿原理铲齿原理如图如图8 81717所示，成所示，成形铣刀必须形铣刀必须有后角有后角，而且在重磨前刀面而且在重磨前刀面后使后使刃形不变

5、刃形不变，保，保证加工出所要求的证加工出所要求的工件截面形状。怎工件截面形状。怎样才能达到这两个样才能达到这两个要求呢要求呢?下面参看铲下面参看铲齿原理图来说明。齿原理图来说明。56图图8 81818所示为成形铣刀的径向铲齿过程所示为成形铣刀的径向铲齿过程,铲刀的纵向前角铲刀的纵向前角为为0,0,其前刀面应准确地安装在铲床的中心平面内其前刀面应准确地安装在铲床的中心平面内,铣刀以铣刀以铲床主轴轴线为旋转轴线作等速转动，当铣刀的前刀面转铲床主轴轴线为旋转轴线作等速转动，当铣刀的前刀面转到铲床的中心高平面时，铲刀就在凸轮控制下向铣刀轴线到铲床的中心高平面时，铲刀就在凸轮控制下向铣刀轴线等速推进，当

6、铣刀转过等速推进，当铣刀转过0 0角时，凸轮转过角时，凸轮转过0 0角，铲刀铲出角，铲刀铲出一个刀齿的齿背一个刀齿的齿背(包括齿顶包括齿顶1212及齿侧面及齿侧面1-2-6-5)1-2-6-5)，而当铣刀，而当铣刀继续转过继续转过1 1角时，凸轮转过角时，凸轮转过1 1角，此时铲刀迅速退回到原角，此时铲刀迅速退回到原来位置。这样，铣刀转过一个齿间角来位置。这样，铣刀转过一个齿间角 ，凸轮转过一整转，凸轮转过一整转，而铲刀则完成一个往复行程。随后重复上述过程，进行下而铲刀则完成一个往复行程。随后重复上述过程，进行下一个刀齿的铲削。一个刀齿的铲削。由此可见，由于铲刀的前刀面始终通过由此可见，由于铲

7、刀的前刀面始终通过铣刀的中心，所以铣刀在任意轴向剖面的刃形必然和铲刀铣刀的中心，所以铣刀在任意轴向剖面的刃形必然和铲刀的刃形完全一致，铣刀重磨时，只要保证前刀面为轴向平的刃形完全一致，铣刀重磨时，只要保证前刀面为轴向平面，就能使切削刃形状保持不变面，就能使切削刃形状保持不变。7另外，还可看出以下几点：另外，还可看出以下几点：(1)(1)铲制的成形铣刀在使用中重磨前面以后仍能保持原有铲制的成形铣刀在使用中重磨前面以后仍能保持原有刃形。刃形。例如，如图例如，如图8 81818所示，假设已重磨至所示，假设已重磨至OBOB面了，因面了，因OBOB是径是径向截面，它也经过铲刀前刀面的铲削，所以它的刃形和

8、向截面，它也经过铲刀前刀面的铲削，所以它的刃形和A A面是一样的。所以只要我们沿半径方向面是一样的。所以只要我们沿半径方向(前刀面前刀面)刃磨铣刀，刃磨铣刀，则刃磨后其刃形可保持不变。由于前刀面是平面，所以使则刃磨后其刃形可保持不变。由于前刀面是平面，所以使刃磨较简单。刃磨较简单。如果在铲齿时铲刀不快速退回，而是沿着齿背曲线如果在铲齿时铲刀不快速退回，而是沿着齿背曲线1 12 23 38 8一直铲下去，则铣刀每转过一个齿间角一直铲下去，则铣刀每转过一个齿间角（=2/Z=2/Z），铲刀前进的），铲刀前进的距离距离4848称为铲削量称为铲削量K K。与此相。与此相适应，凸轮旋转一周的升高量（半径差

9、）也应该等于铲适应，凸轮旋转一周的升高量（半径差）也应该等于铲削量削量K K。一般在凸轮上都标注该凸轮的。一般在凸轮上都标注该凸轮的K K值。值。8(2)(2)由于铲刀把铣刀齿顶的一部分金属铲去了，如图由于铲刀把铣刀齿顶的一部分金属铲去了，如图8 81818中剖面线部分，因此形成了后角。这一点可以中剖面线部分，因此形成了后角。这一点可以参看图参看图8 81919来理解。铣刀经过铲齿以后齿顶形成后来理解。铣刀经过铲齿以后齿顶形成后角，齿的侧面也形成后角。角，齿的侧面也形成后角。(3)(3)在图在图8 81818中，由于铣刀的前刀面通过其中心中，由于铣刀的前刀面通过其中心O O，因此它的前角是因此

10、它的前角是00，前角为，前角为00的成形铣刀的设计是比的成形铣刀的设计是比较简单的。较简单的。例如，如果要求设计一个凹圆弧的成形铣刀，那么就例如，如果要求设计一个凹圆弧的成形铣刀，那么就等于要设计一个凸圆弧的铲齿成形车刀，然后对铣刀等于要设计一个凸圆弧的铲齿成形车刀，然后对铣刀进行铲齿。如果还需对铣刀进行铲磨，那就是按要求进行铲齿。如果还需对铣刀进行铲磨，那就是按要求的形状修整砂轮。的形状修整砂轮。94)4)铲齿成形车刀的后角应比较大铲齿成形车刀的后角应比较大(25(253030)，这一点从，这一点从图图8-188-18的铲齿过程中是不难理解的。的铲齿过程中是不难理解的。由上所述，铲齿成形铣刀

11、的由上所述，铲齿成形铣刀的优点优点是：是：(1)(1)在整个使用期间，可以加工出相同的槽形；在整个使用期间，可以加工出相同的槽形；(2)(2)重磨比较简单，重磨次数多；重磨比较简单，重磨次数多；(3)(3)重磨后容屑空间增大。重磨后容屑空间增大。但铲齿成形铣刀有以下但铲齿成形铣刀有以下缺点缺点：(1)(1)它不能选取较多的齿数，因为齿数多了将使铲它不能选取较多的齿数，因为齿数多了将使铲齿时的退刀运动发生困难，这一点从图齿时的退刀运动发生困难，这一点从图8 81818中铲刀的中铲刀的运动情况便可看出；运动情况便可看出；(2)(2)齿顶沿圆周的振摆较大齿顶沿圆周的振摆较大(可达可达0.040.04

12、0.12mm0.12mm以以上上)。这是因为，铲齿成形铣刀的齿顶很难再进行外圆。这是因为，铲齿成形铣刀的齿顶很难再进行外圆磨削，而且沿前面刃磨后反而会使振摆增大。磨削，而且沿前面刃磨后反而会使振摆增大。10（二）、成形铣刀的后角、齿背曲线及铲齿量（二）、成形铣刀的后角、齿背曲线及铲齿量齿背曲线：径向铲齿时，通过铣刀切削刃上任意点作端剖面，端剖齿背曲线：径向铲齿时，通过铣刀切削刃上任意点作端剖面，端剖面与齿背表面的交线称为齿背曲线。面与齿背表面的交线称为齿背曲线。成形铣刀的齿背曲线多数采用阿基米德螺旋线，因为铲制这种曲线成形铣刀的齿背曲线多数采用阿基米德螺旋线，因为铲制这种曲线的凸轮也是阿基米德

13、螺旋线。由数学可知的凸轮也是阿基米德螺旋线。由数学可知,阿基米德螺旋线凸轮的向阿基米德螺旋线凸轮的向量半径量半径与极角与极角成正比，因此等速回转运动与沿半径方向的等速成正比，因此等速回转运动与沿半径方向的等速直线运动合起来直线运动合起来,就得阿基米德螺旋线。因此，可以在具有旋转运动就得阿基米德螺旋线。因此，可以在具有旋转运动和直线运动的任何机床上，按照上述比例关系用机械的方法实现凸和直线运动的任何机床上，按照上述比例关系用机械的方法实现凸轮的加工。轮的加工。即铲制阿基米德螺旋线所用凸轮容易制造。即铲制阿基米德螺旋线所用凸轮容易制造。为为便于分析，取这样的极坐标来表示阿基米德螺旋线（便于分析，取

14、这样的极坐标来表示阿基米德螺旋线（如图如图8-8-1919），即当，即当=0=0 时，时，=R=R0 0，而当而当 0 0 时，时，f fa a。若铣刀重磨次数愈多，则。若铣刀重磨次数愈多，则角愈大，角愈大，f f也愈大，因此以阿基米德螺旋作为齿背曲线的铣刀，重也愈大，因此以阿基米德螺旋作为齿背曲线的铣刀，重磨后后角增大。但变化值很小，如磨后后角增大。但变化值很小，如d d0 0=80mm=80mm、z=10z=10、K=5mmK=5mm的铣刀，新刀，在刀齿磨到最后时（磨掉的铣刀，新刀，在刀齿磨到最后时（磨掉1/21/2齿距），齿距），f fa a=1159 =1159 相差仅相差仅4444，

15、变化值可忽略不计。，变化值可忽略不计。13（2 2）铣刀切削刃上愈靠近轴线的点，）铣刀切削刃上愈靠近轴线的点，R Rx x愈小，愈小，fxfx愈愈大大,如如d d0 0=80mm=80mm的凹半圆铣刀，新刀时切削刃上半径最小的凹半圆铣刀，新刀时切削刃上半径最小的点的后角为的点的后角为fxfx =1424=1424。因此成形铣刀名义后角。因此成形铣刀名义后角规定在新刀齿顶处，并取较小数值规定在新刀齿顶处，并取较小数值f fa a =10=10 1212。由上述由上述分析可知分析可知，只要铣刀要求的，只要铣刀要求的K K值相同，均可用值相同，均可用同一凸轮铲制，这就大大减少了所需凸轮的数量。目同一凸轮铲制，这就大大减少了所需凸轮的数量。目前，广泛采用前，广泛采用K=0.5K=0.512mm12mm的凸轮，尺寸间隔的凸轮，尺寸间隔,对于小对于小尺寸铣刀为尺寸铣刀为0.25mm0.25mm，中等尺寸铣刀为，中等尺寸铣刀为0.5mm0.5mm，大尺寸，大尺寸铣刀为铣刀为1 12mm2mm。一般铲齿车床都带一套凸轮，设计成。一般铲齿车床都带一套凸轮，设计成形铣刀时，求出铲齿量形铣刀时，求出铲齿量K K的数值以后，即可选用合适的数值以后，即可选用合适的凸轮，不需另外设计与制造。的凸轮，不需另外设计与制造。