学习机械加工

　 3熟悉铣削加工的特点及加工范围，熟悉铣削加工工艺的特点，常用量具，刀具的选择及使用与工件的装夹方法及铣削方式。●能正确使用量具测量工件。铣削加工

　　一种常见的金属冷加工方式，和车削不同之处在于铣削加工中刀具在主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。

　铣工基础知识

　铣削是基本的金属切削加工方法之一。铣削加工中，铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动。铣刀是多刃刀具，与单刃刀具比较，旋转的多刃铣刀切削时能承担更大的切削载荷，采用更大的切削用量，所以铣削的加工精度和生产效率较高，加工范围广。

　一、铣削加工的应用与特点：

　 铣削加工是应用相切成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上

　对平面、台阶面、沟槽、成形表面、形腔表面、螺旋表面进行加

　工的一种切削加工方法。

　 铣削加工对工件进行粗加工和半精加工。其加工精度可达

　IT7~IT9，表面粗糙度Ra可达3.2~1.6um。铣削时，表现出下列特

　点：

　 1、铣削加工生产率高；多齿参与切削。

　 2、断续切削；每齿依次切入和切出，形成断续切削。产生冲

　击和振动，降低刀具的耐用度和工件表面粗糙度。

　 3、容屑和排屑：容屑空间小，排屑困难。

　 4、同一个被 加工表面可以采用不同的铣削方式，不同的刀具

　来适应不同材料和其它切削条件的要求

　二、铣削要素

　 铣削时，铣刀相邻的两个刀齿在工件上先后形成的两个过渡

　表面之间的一层金属层为铣削层。

　 1、铣削用量

　 （1）背吃刀量：

　 平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸为背吃刀量。端铣时，

　为切削层深度；周铣削时，为被加工表面的宽度。

　 （2）侧吃刀量：

　 垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸为侧吃刀量端铣时，为

　被加工表面宽度；周铣削时为切削层深度。如图5-2

　 （3）铣削速度：

　 铣削速度是铣刀主运动的线速度：

　 n为转速r/mm

　 d为铣刀的直径

　（4）铣削进给量：

　 每齿进给量：是铣刀每转1个刀齿时，工件与铣刀沿进给

　方向的相对位移，单位为mm/z 。

　 每转进给量f：是铣刀每转1转时，工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/r。

　 进给速度：进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/min 。

　三者之间的关系为：

　 2、铣削层要素

　 铣削时，铣刀相邻2个刀齿在工件上形成的加工表面之间

　的一层金属层称为切削层。如图5-3

　 （1）切削厚度ac：

　 是指相邻两个刀齿所形成的加工面间的垂直距离。铣削

　时切削厚度是随时变化的。如圆周逆铣削时，由零到最大，顺

　铣时，由最大到零。端面铣时切入时小到中间时最大，再由最

　大到小的变化。

　（4）铣削进给量：

　 每齿进给量：是铣刀每转1个刀齿时，工件与铣刀沿进给

　方向的相对位移，单位为mm/z 。

　 每转进给量f：是铣刀每转1转时，工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/r。

　 进给速度：进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/min 。

　三者之间的关系为：

　 2、铣削层要素

　 铣削时，铣刀相邻2个刀齿在工件上形成的加工表面之间

　的一层金属层称为切削层。如图5-3

　 （1）切削厚度ac：

　 是指相邻两个刀齿所形成的加工面间的垂直距离。铣削

　时切削厚度是随时变化的。如圆周逆铣削时，由零到最大，顺

　铣时，由最大到零。端面铣时切入时小到中间时最大，再由最

　大到小的变化。

　（4）铣削进给量：

　 每齿进给量：是铣刀每转1个刀齿时，工件与铣刀沿进给

　方向的相对位移，单位为mm/z 。

　 每转进给量f：是铣刀每转1转时，工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/r。

　 进给速度：进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/min 。

　三者之间的关系为：

　 2、铣削层要素

　 铣削时，铣刀相邻2个刀齿在工件上形成的加工表面之间

　的一层金属层称为切削层。如图5-3

　 （1）切削厚度ac：

　 是指相邻两个刀齿所形成的加工面间的垂直距离。铣削

　时切削厚度是随时变化的。如圆周逆铣削时，由零到最大，顺

　铣时，由最大到零。端面铣时切入时小到中间时最大，再由最

　大到小的变化。

　（4）铣削进给量：

　 每齿进给量：是铣刀每转1个刀齿时，工件与铣刀沿进给

　方向的相对位移，单位为mm/z 。

　 每转进给量f：是铣刀每转1转时，工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/r。

　 进给速度：进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向

　的相对位移，单位为mm/min 。

　三者之间的关系为：

　 2、铣削层要素

　 铣削时，铣刀相邻2个刀齿在工件上形成的加工表面之间

　的一层金属层称为切削层。如图5-3

　 （1）切削厚度ac：

　 是指相邻两个刀齿所形成的加工面间的垂直距离。铣削

　时切削厚度是随时变化的。如圆周逆铣削时，由零到最大，顺

　铣时，由最大到零。端面铣时切入时小到中间时最大，再由最

　大到小的变化。

　2.铣削加工的工艺特点

　工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通铣床受控于操作工人，因此，在普通铣床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，铣床的切削用量、走刀路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。数控铣床加工的程序是数控铣床的指令性文件。数控铣床受控于程序指令，加工的全过程是按程序指令自动进行的。因此，数控铣床加工程序与普通铣床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。数控铣床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸以及铣床的运动过程。因此，要求编程人员对数控铣床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺方案的好坏不仅会影响铣床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。

　1.铣削的工艺特点

　1）生产率高

　铣刀是典型的多齿刀具，铣削时有几个刀齿同时参加工作，并可利用硬质合金镶片铣刀，有利于采用高速铣削，提高生产率。

　2）刀齿热条件好

　铣刀在切离工件的一段时间内可得到一定程度的冷却，有利于刀齿的散热。但是，在切入与切出工件时，刀齿不但受到冲击力的作用，而且受到热冲击，这将加剧刀齿的磨损。

　3）铣削时容易产生振动

　铣刀刀齿在切入与切出工件时易产生冲击，铣削过程中同时参加工作的刀齿数目是变化的，对每个刀齿而言在铣削过程的铣削厚度也是不断变化的，因此引起铣削过程的不平稳。

　三、铣削方式 视图

　1、圆周铣削

　 逆铣： 视频

　 铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相

　反。如图5-4

　 逆铣的特点：

　 逆铣时，刀齿的切削厚度ac从零逐渐增大，切入时刀齿在

　工件表面上打滑，产生挤压和摩擦，使加工表面产生严重的冷

　硬层。表面粗糙度增大。刀具耐用度下降。Flash5-1

　 实际应用：

　 在工厂，一般粗、半精铣平面是大多数采用逆铣的方式进

　行加工。此时因为切削余量大，主要考虑刀具的承受能力和避

　免打刀现象。

　顺铣：

　 铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相

　同如图5-5。

　 顺铣的特点：

　 顺铣时，刀齿的切削厚度ac从最大逐渐减至零，避免了

　逆铣时的刀齿挤压、滑行现象，已加工表面加工硬化程度大大

　地减轻表面质量也较高，刀具耐用度提高了。同时，垂直方向

　的切削分力始终压向工作台，避免了工件的振动。Flash5-2

　 铣削力的纵向分力方向始终与驱动工作台移动的纵向力方

　向相同，丝杠与螺母传动副有间隙如图5-6工作台会出现窜动。

　严重时会出现打刀现象。

　顺铣应用：

　 一般应用于零件的平面精加工。

　但如采用顺铣时必须要

　求铣床有消除间隙的装置，或者采取其它的有效措施。

　 逆铣与顺铣比较如表5-1

　2、端铣

　 （1）对称铣削：

　 铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置，切入和切出时的切

　削厚度相等。如图5-7

　 （2）不对称逆铣：

　 切入时的切削厚度小于切出时。

　 （3）不对称顺铣：

　 切入时的切削厚度大于切出时。

　总结：

　 对称铣

　 铣 端铣 不对称逆铣

　 削 不对称铣

　 方 不对称顺铣

　 式 顺铣：工件进给方向与铣刀的旋转方向相同

　 周铣 逆铣：工件进给方向与铣刀的旋转方向相反

　四、铣削力

　1、按对刀具和铣削加工动力的影响分

　（1）主切削力Fc：在铣刀圆周方向上的分力。

　（2）背向力Fp：在铣刀半径方向上的分力。

　（3）轴向力Fa：在铣刀轴线方向上的分力。

　2、按对加工过程和机床的影响分

　（1）纵向分力Ff：与纵向工作台运动方向一致的分力。

　（2）横向分力Fe：与横向工作台运动方向一致的分力。

　（3）垂直分力Fv：与铣床垂直进给方向一致的分力

　三、铣床夹具的设计

　 1、铣削夹具的结构特点

　 由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，

　加工时易产生振动，因此设计铣床夹具时应注意：夹紧力要足

　够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要

　正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性

　结构要合理。

　（二）铣床夹具的主要类型

　　在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：

　　1.直线进给式铣夹具

　　这类夹具在铣削加工中随铣床工作台作直线进给运动。如图8-26所示为双工位直线进给铣床夹具。夹具1、2安装在双工位转台3上，当夹具1工作时，可以在夹具2上装卸工件。夹具1上的工件加工完毕，可将工作台5退出，然后将工位转台转180?，这样可以对夹具2上的工件进行加工，同时在夹具1上装卸工件。

　　2.圆周进给铣床夹具

　　这类夹具常用于具有回转工作台的铣床上，工件连同夹具随工作台作连续、缓慢的回转进给运动，不需停车就可装卸工件。如图8-27所示为一圆周进给的铣床夹具。工件1依次装夹在沿回转工件台3圆周位置安装的夹具上，铣刀2不停地铣削，回转工作台3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。此例是用一个铣刀头加工的。根据加工要求，也可用两个铣刀头同时进行粗、精加工。

　　（三）专用铣床夹具的结构分析

　　1.杠杆铣斜面铣夹具

　　图8-28为杠杆类零件上铣两斜面的工序图，工件形状不规则。图8-29为成批生产中加工该零件的单件铣床夹具。

　　工件以精加工过的孔?22H7和端面在台肩定位销9上定位，限制工件的五个自由度；以圆弧面在可调支承6上定位，限制工件的转动自由度。从而实现了工件的完全定位。

　　工件的夹紧以钩形压板10为主，其结构见A-A剖面图，另在接近加工表面处采用浮动的辅助夹紧机构，当拧紧该机构的螺母时，卡爪2和3相向移动，同时将工件夹紧。在卡爪3的末端开有三条轴向槽，形成三片簧瓣，继续拧紧螺母，锥套5即迫使簧瓣胀开，使其锁紧在夹具中，从而增强夹紧刚度，以免铣削时产生振动。

　　具体的底面A放置在铣床工作台面上，夹具的两个定位键8安装在工作台T形槽内，这样铣夹具与铣床保持了正确的位置。因此铣夹具底面A和定位键的工作面B 是铣夹具与铣床的接合面。定位元件工作表面与铣夹具的A面和B面的精度是影响安装误差?A的因素。该夹具定位销9的轴心线应垂直于定位键的B面定位销9的台肩平面应垂直于底面A，它们的精度均影响夹具的安装误差。

　　夹具上的对刀块7是确定铣刀加工位置的元件，即对刀块的位置是体现了刀具的位置，因此对刀块与定位元件的精度是影响调整误差?T的因素。该夹具中对刀块7与定位销9的轴心线的距离18±0.1mm、3±0.1mm即是影响调整误差的因素。

　　定位元件的精度即?22H7/g6、36±0.1mm等尺寸是影响定位误差?D的因素。

　　 2.双件铣双槽专用夹具

　　图8-30为车床尾座套筒铣鍵槽和油槽的工序图，工件外圆和两端面都已加工。

　　本工序采用两把铣刀同时进行加工，图8-32为用于大批生产的夹具。在工位I上用三面刃盘铣刀铣键槽，工件以外圆和端面在V型块8、10和止推销12上定位，限制了工件的五个自由度。在工位Ⅱ上，用圆弧铣刀铣油槽，工件以外圆、已加工过的键槽及端面作为定位基准，在V形块9、11，定位销12和止推销 14上完全定位。由于键槽和油槽的长度不等，为了能同时加工完毕，可将两个止推销的位置前后错开，并设计成可调支承，以便调整。

　　夹具采用液压驱动联动夹紧，当压力油从油路系统进入液压缸5的上腔时，推动活塞下行，通过支承钉4、浮动杠杆2、螺杆3带动铰链压板7下行夹紧工件。为了使压板均匀地夹紧工件，联动夹紧机构的各环节采用浮动联接。要尽量小方能保证夹紧稳定，可靠。

　　该夹具中影响定位误差、调整误差、安装误差的各项技术要求请读者自行分析。

　　（四）铣床夹具的设计要点

　　1.铣夹具的总体设计及夹具体

　　在铣削加工时，切削力比较大，并且刀齿的工作是不连续切削，易引起冲击和振动，所以夹紧力要求较大，以保证工件的夹紧可靠，因此铣床夹具要有足够的强度和刚度，必要时应设置加强筋。

　　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，加工面尽量靠近工作台面，以降低夹具的重心，一般夹具的高度H与宽度B之比应限制在H/B≤1~1.25范围内。

　　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，一般在夹具上还设置有确定刀具位置及方向的元件，以便于迅速地调整好夹具、机床和刀具的相对位置。

　　另外，铣削加工时产生大量切屑，应有足够的排屑空间。对于重型铣床夹具，为便于搬运，还应在夹具体上要设置吊环等。

　　2.铣床夹具的安装

　　铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，所以在设计时就必须考虑其安装方法。一般情况下，我们在夹具底座下面装两个定位键，将这两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上。

　　常用的定位键的断面为矩形，如图8-32所示。定位键可以承受铣削时的扭矩，其结构尺寸已标准化，设计时应按铣床工作台的T形槽尺寸选定。对于A型键，其与夹具体槽和工作台T形槽的配合尺寸均为B，其公差带可选h6或h8。夹具上安装定位键的槽宽B2取与B尺寸相同，其公差带可选h7或js6。为了提高精度可采用B型键，与T形槽配合的尺寸B1留有0.5mm磨量，与机床T形槽实际尺寸配作。

　　另外，在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座，如图8-33所示，其结构尺寸也已标准化，可参考有关夹具设计手册。

　　为保证安装精度，两个定位键间的距离尽可能大些。安装夹具时，让键紧靠T形槽一侧，减小间隙的影响。

　　对于精度要求高的夹具，常不设置定位键，而在夹具体的侧面加工出一窄长平面作为夹具安装时的找正基面。

　　如夹具宽度较大时，可以在同侧设置两个耳座，但两耳座的间距必须与工作台上两个T形槽的间距相同。如定位精度要求高时，可修配定位键下部的尺寸b，或在安装夹具时将夹具推向T形槽的一侧。以避免间隙的影响。

　　3.铣床夹具的对刀装置

　　铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。

　　图8-34a所示是对刀的简图，图中1是对刀块，2是塞尺，3是铣刀。

　　采用塞尺的目的，是为了不使刀具与对刀块直接接触，以免损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。使用时，将塞尺放在刀具与对刀块之间，凭抽动的松紧感觉来判断，以适度为宜。

　　常用的塞尺有平塞尺和圆柱塞尺两种，都已标准化，如图8-35b、c所示为常用标准塞尺的结构，一般在夹具总图上应注明塞尺的尺寸。平塞尺(图b)的厚度H常用的为1、3、5mm，圆塞尺(图c)的基本尺寸d为?3mm或?5mm，设计时可参阅《夹具零件及部件》中的GB2244—80和GB2245—80。

　　标准对刀块的结构尺寸可参阅国标《夹具零件及部件》中的GB2240—80等。若采用标准对刀块不便时，可以设计非标准的特殊对刀块。对刀块通常制成单独元件，用螺钉和定位销定位在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀和不妨碍工件的装卸。对刀块工作表面的位置尺寸(H、L)，一般是从定位表面注起，其数值应等于工件相应尺寸的平均值再减去或加上塞尺的厚度S。其公差常取工件相应尺寸公差的1/3~1/5。

　　为简化夹具结构，生产中有时不用对刀装置，而采用试切法、标准件对刀法或用百分表来校正定位元件相对于刀具的位置。