2.3　铣削用刀具的类型及选用

2.3.1　对刀具的基本要求

（1）铣刀刚性要好

要求铣刀刚性好的目的：一是满足为提高生产效率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。在数控铣削中，因铣刀刚性较差而断刀并造成零件损伤的事例是经常有的，所以解决数控铣刀的刚性问题是至关重要的。

（2）铣刀的耐用度要高

当一把铣刀加工的内容很多时，如果刀具磨损较快，不仅会影响零件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀与对刀次数，从而导致零件加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低零件的表面质量。

除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。

2.3.2　常用铣刀的种类

（1）面铣刀

如图2-28所示，面铣刀圆周方向切削刃为主切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～250mm，螺旋角β=10°，刀齿数Z=10～26。

硬质合金面铣刀的铣削速度、加工效率和工件表面质量均高于高速钢铣刀，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件，因而在数控加工中得到了广泛的应用。图2-29所示为几种常用的硬质合金面铣刀，由于整体焊接式和机夹焊接式面铣刀难于保证焊接质量，刀具耐用度低，重磨较费时，目前已被可转位式面铣刀所取代。可转位式面铣刀的直径已经标准化，采用公比为1.25的标准直径（mm）系列：16mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm、63mm、80mm、100mm、125mm、160mm、200mm、250mm、315mm、400mm、500mm、630mm，参见GB/T 5342.1—2006。

（2）立铣刀

立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，其结构如图2-30所示。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。

一般粗齿立铣刀齿数Z=3～4，细齿立铣刀齿数Z=5～8，套式结构Z=10～20，容屑槽圆弧半径r=2～5mm。当立铣刀直径较大时，可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。标准立铣刀的螺旋角β为40°～45°（粗齿）和30°～35°（细齿），套式结构立铣刀的β为15°～25°。直径较小的立铣刀，一般制成带柄形式。2～7mm的立铣刀制成直柄；6～63mm的立铣刀制成莫氏锥柄；25～80mm的立铣刀做成7∶24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一形式、统一尺寸的刀柄。直径大于40～60mm的立铣刀可做成套式结构。

（3）模具铣刀

模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角α/2=3°、5°、7°、10°）、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=4～63mm。图2-31所示为用高速钢制造的模具铣刀，图2-32所示为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，16mm以上直径的，制成焊接或机夹可转位刀片结构。

（4）键槽铣刀

键槽铣刀如图2-33所示，它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。

按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2～22mm，锥柄键槽铣刀直径d=14～50mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。

（5）鼓形铣刀

图2-34所示为一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形铣刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的特点是刃磨困难，切削条件差，而且不适于加工有底的轮廓表面。

（6）成形铣刀

成形铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。几种常用的成形铣刀如图2-35所示。除了上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内锥孔有别，必须配过渡套和拉钉。

2.3.3　铣刀的选择

铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多选用模具铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，这里重点介绍面铣刀和立铣刀参数的选择。

（1）面铣刀

主要参数的选择标准可转位面铣刀直径为16～630mm，应根据侧吃刀量ae选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减小相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。可转位面铣刀有粗齿、细齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；铣削带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细齿铣刀；密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。面铣刀几何角度的标注如图2-36所示。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参见表2-4。

铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。常取α0=5°～12°，工件材料软时取大值，工件材料硬时取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs=-5°～15°。只有在铣削低强度材料时，取λs=5°。主偏角κr在45°～90°范围内选取，铣削铸铁常用45°，铣削一般钢材常用75°，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90°。

（2）立铣刀主要参数的选择

立铣刀主切削刃的前角在法剖面内测量，后角在端剖面内测量，前、后角的标注如图2-30（b）所示。前、后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参见表2-5和表2-6。

立铣刀的尺寸参数（图2-37），推荐按下述经验数据选取。

① 刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取R=（0.8～0.9）ρ。

② 零件的加工高度H≤（1/4～1/6）R，以保证刀具具有足够的刚度。

③ 对不通孔（深槽），选取l=H+（5～10）mm（l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。

④ 加工外形及通槽时，选取l=H+r+（5～10）mm（r为端刃圆角半径）。

⑤ 粗加工内轮廓面时（图2-38），铣刀最大直径D粗可按下式计算。

式中　D——轮廓的最小凹圆角直径；

δ——圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；

δ1——精加工余量；

φ——圆角两邻边的夹角。

⑥ 加工筋时，刀具直径为D=（5～10）b（b为筋的厚度）。