第5章 铣削加工.docx

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第5章铣削加工

第5章铣削加工

□□教学基本要求与目标

1．了解铣刀的种类和用途以及铣削用量、铣削层参数，铣削力等；

2．理解和掌握铣削加工的基本特点、铣刀的几何角度、铣削方式、磨损形式；

3．初步掌握铣削夹具的设计要素。

□□教学重点

重点：

铣削加工的特点；铣削夹具的结构特点。

难点：

铣床与铣刀的选择及应用。

□□课时分配

本章课时：

讲课…6学时

5.1铣削加工概述（2学时）

5.2铣床（2学时）

5.3铣刀（1学时）

5.4铣削夹具（1学时）

□□授课方式

以教师讲授为主，多媒体教学为辅

□□习题与思考题

P117习题与思考题5.1，5.2，5.3，5.4，……5.8

〖主要教学过程〗

第5章铣削加工

5.1铣削加工概述

一、铣削加工的应用与特点

铣削是在铣床上，将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。

传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形和特征。

铣削加工范围：

平面、直槽、成形面、T形槽、燕尾槽、三维内外形状等。

铣刀的旋转为主运动，铣刀或工件沿坐标方向的直线运动或回转运动是进给运动。

铣削工艺特点：

（1）加工生产率较高；

（2）断续切削；（3）容屑和排屑；（4）同一个被加工表面可以采用不同的铣削方式；（5）刀齿散热条件较好；（6）切削过程不平稳；（7）铣削加工精度IT9~8，Ra6.3~1.6μm，高速铣精度IT7~6，Ra1.6~0.4μm。

生产率较高——使用旋转的多齿刀具加工工件，同时有数个刀齿参加切削。

容易引起机床振动——每个刀齿的切削过程是断续的，且每个刀齿的切削厚度变化，切削力相应发生变化。

要求：

在结构上要求有较高的刚度和抗振性。

铣削沟槽：

二、铣削要素

1、铣削切削层（铣削用量）：

相邻的两个刀齿，两个过渡表面。

（1）背吃刀量ap：

平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。

（2）侧吃刀量ae：

垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。

（3）铣削速度VC（m/min）

铣刀主运动的线速度：

式中，do —— 铣刀直径，单位：

mm；

no —— 铣刀转速，单位：

r/min。

（4）进给运动速度与进给量：

铣刀与工件在进给方向上的相对位移量。

a）每齿进给量af：

铣刀每转过一个刀齿，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。

b）每转进给量f（mm/r）铣刀每转一转时，工件与铣刀沿进给方向上的相对位移。

c）进给运动速度vf（mm/min）单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移。

Vf= fn  =af zn

2、切削层要素

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，切削层剖面的形状和尺寸对铣削过程有很大的影响。

（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。

（2）切削宽度aw：

为主切削刃参加工作时的长度，直齿圆柱铣刀的切削宽度与铣削吃刀量ap相等。

而螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度是变化的。

随着刀齿切人切出工件，切削宽度逐渐增大，然后又逐渐减小，因而铣削过程较为平稳。

（3）切削层横截面积Acav

铣刀同时有几个刀齿参加切削，切削总面积等于各个刀齿的切削面积之和。

铣削时，铣削厚度是变化的，而螺旋齿圆柱铣刀的切削宽度也是变化的，并且铣刀的同时工作齿数也在变化，所以铣削总面积是变化的。

三、铣削方式

（1）周铣法（用圆柱铣刀加工平面）

a）逆铣：

铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相反。

b）顺铣：

铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同。

铣削方式：

逆铣

顺铣

切削运动

切削方向与进给方向相反

切削方向与进给方向相同

切削厚度

由0→最大

由最大→0

刀具磨损

初期有滑擦，磨损快

刀齿易切入，寿命长

作用力

垂直分力使工件上抬，不利于夹紧工件；

水平分力与进给反向，消除了丝杠间隙，进给平稳

垂直分力使工件下压，有利于夹紧工件；

水平分力与进给同向，由于丝杠间隙，工作台会前窜，造成啃刀或打刀。

表面质量

表面粗糙

表面光洁

使用情况

常用

无间隙进给机床采用

特点:

圆周铣削——铣刀刀杆细长，刚性很差；铣刀直径小；铣切宽度较窄（取决于铣刀宽度）端铣生产率高于周铣。

大批、大量生产中加工平面一般都采用端铣。

（2）端铣法（用面铣刀加工平面）

a）对称铣削b）不对称逆铣c）不对称顺铣

面铣刀的铣削方式

（1）端铣法刀杆刚性好，可大用量切削，效率较周铣高；

（2）端铣时有多个切削刃同时切削，切削平稳性好，周铣只有一个到两个齿切削，切削平稳性较差，加工质量比端铣低一个等级；

（3）端铣刀齿有修光过渡刃和副刀刃，加工质量较好；

（4）端铣刀结构简单，可镶嵌硬质合金刀片，周铣刀结构复杂；

（5）端铣适应性较差，一般用于加工大平面，周铣适应性较好，可以加工平面、各种沟槽等。

四、铣削力

铣削力：

铣削时每个工作刀齿都受到切削力，铣削合力应是各刀齿所受切削力相加。

（1）主切向力Fc在铣刀圆周切线方向上的分力，消耗功率最多，是主切削力。

（2）背向力Fp在铣刀半径方向上的分力，一般不消耗功率，但会使刀杆弯曲变形。

（3）轴向力Fa在铣刀轴线方向上的分力。

圆周铣削时，工件所受的切削力可按铣床工作台运动方向来分解。

a）纵向分力Ff与纵向工作台运动方向一致的分力。

它作用在铣床纵向进给机构上。

b）横向分力Fe与横向工作台运动方向一致的分力。

c）垂直分力Fv与铣床垂直进给方向一致的分力。

5.2铣床

铣床种类很多，常用的有卧式万能铣床和立式铣床，除此外还有工具铣床、龙门铣床、仿形铣床及专用铣床等。

一、普通铣床

1、XA6132型万能升降台铣床

（1）传动系统

图5.8X6132型铣床的传动系统图

X6132型铣床的主轴传动系统是铣刀旋转运动的传动系统，动力源为安装在床身后侧的主电动机，主电动机的旋转运动，通过弹性联轴器传给变速箱中的轴Ⅰ，运动经26/54的齿轮副传给轴Ⅱ，轴Ⅱ的运动经19/36或22/33或16/39的齿轮副传给轴Ⅲ，轴Ⅲ的运动经28/37或18/47或39/26的齿轮副传给轴Ⅳ，轴Ⅳ的运动经82/38或19/71的齿轮副传给主轴Ⅴ。

主轴的传动系统用结构式表示如下:

19/3628/3782/38

N主电动机--Ⅰ--26/54--Ⅱ--22/33--Ⅲ--18/47--Ⅳ----主轴Ⅴ

16/3939/2619/71

X6132型铣床的主轴共有18级转速。

其最高转速nmax和最低转速nmin分别为：

nmax=1450×26/54×22/33×39/26×82/38≈1500（r/min）

nmin=1450×26/54×16/39×18/47×19/71≈30（r/min）

（2）主轴结构

图5.9　X6132型升降台铣床工作台结构图

2、其他铣床

（1）立式铣床

立式铣床与卧式铣床的区别在于其主轴垂直于工作台，有的立式铣床其主轴还可相对于工作台偏转一定的角度，它可利用立铣刀和端铣刀进行铣削加工，是生产中加工平面及沟槽效率较高的一种机床。

（2）龙门铣床

龙门铣床是一种大型铣床.铣削动力头安装在龙门横梁或立柱导轨的刀架上，一般有三至四个铣削动力头，在横梁上的垂直刀架可左右移动，在立柱上的侧刀架作上下移动。

每个刀架都能沿主轴进行轴向调整，并可按生产需要旋转一定角度，其工作台带动工件做纵向进给运动，可以用铣削动力头带动的刀具同时铣削，所以生产率很高。

这种机床适于铣削平面、垂直面、倾斜面、导轨面，特别是长度大的工件表面加工，由于生产率较高，适用于成批大量生产的粗精加工。

（3）万能工具铣床

特别适合模具、夹具、刀具等复杂形状零件的半精加工和精加工。

适用:

加工中小型零件。

二、镗铣加工中心简介（P104）

5.3铣刀

一、铣刀的类型及应用

1．铣刀的类型

（1）按用途不同可分：

圆柱铣刀、面铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀等；

（2）按结构不同可分：

整体式、焊接式、装配式、可转位式；

（3）按齿背形式可分：

尖齿铣刀和铲齿铣刀。

2．铣刀的应用

（1）加工平面的铣刀

（2）加工沟槽的铣刀

（3）其他类型的铣刀

成形铣刀及锯片铣刀

二、尖齿铣刀的主要结构尺寸（P108）

三、镗铣加工中心用工具系统（P109）

5.4铣削夹具

一、铣削夹具的组成及应用

铣削夹具是在铣削加工中确定工件在机床上与刀具之间相对正确位置的专用工艺装备。

与其它夹具类相同，铣削夹具的组成也有夹具体、定位元件和加紧元件几个部分。

除此之外，由于铣削加工方法的特殊性，铣削夹具中还需要对刀引导元件和导向定位元件。

二、铣削夹具的类型

按铣削加工的进给方式，铣削夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模式三种类型。

1、直线进给铣床夹具

由于工作台按直线进给方式运动，可加工平面、直角面和各种槽等。

2、圆周连续进给铣床夹具

铣床工作台做连续的回转运动，配合采用气动或液压等高效夹紧装置，生产率高，可加工平面，适用于大批量生产。

3、机械仿形进给靠模铣夹具

机床工作台的主进给运动和由靠模获得的辅助运动形成的仿行运动，采用靠模夹具可在一般万能铣床上加工出所需的成形面。

三、铣削夹具设计

1、铣床夹具的结构特点

由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振动。

铣削的加工余量一般较大，铣削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意：

夹具要有足够的刚度和强度；

夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好；

夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且作用点和施力方向要恰当；

夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比应不大于1~1.25；

要有足够的排屑空间，切削和冷却液能顺利排除，必要时可设计排屑孔。

2、定向键设计

为了调整和确定夹具相对于机床的位置，铣床夹具应设置定位键：

定位键与工作台T型槽可用单面贴合，当定位精度要求高或是重型夹具，可在夹具体的侧面设置一个找正基面；

小型夹具可只用一个长的矩形键；

两定位键的距离应尽量远一些；

加工没有相对位置要求的平面时，不需设置定位键，但若铣削扭矩较大时，设置定位键可减轻夹紧螺栓的负荷；

3、对刀装置（P115图5.20，P117图5.22）

为了调整和确定工件相对于刀具的位置，铣床夹具应设置对刀装置：

对刀装置应设计在便于对刀的位置，并应在工件的切入一端。

4、铣床专用夹具示例（P116图5.22，P117图5.23）