用于銑削加工可轉位平面銑刀的幾何參數的研究

王厚勇，張 浩，路文吉，馬瀟，楊玉紅，王志軍，竇懷彬

（中國重汽集團濟南橋箱有限公司，山東 濟南 250104）

1 本文目的與意義

銑削是目前平面切削應用的主要工藝，銑刀是主要的高速切削刀具，包括面銑刀、立銑刀等。在已有的高速切削刀具技術研究基礎上結合本現場刀具使用現狀，通過對高速面銑刀刀體直徑、刀齒密度及主偏角幾何參數的研究分析，對刀具進行合理化使用、降低費用提高產品質量奠定堅實的理論基礎，因此具有重要的現實意義[1]。

2 高速可轉位面銑刀的結構參數

可轉位面銑刀的主要結構參數包括：面銑刀直徑、面銑刀齒數、合理幾何角度、刀體尺寸、刀槽尺寸、固定連接尺寸、刀具附件尺寸等。

⑴面銑刀種類及其用途如下：

普通形式面銑刀：適于銑削大的平面，用于不同深度的精加工，半精加工；可轉位精密面銑刀：適于表面質量要求高的場合，用于精銑；可轉位立裝面銑刀：適于鋼、鑄鋼、鑄鐵的粗加工，能承受較大的切削力，適于重載切削；可轉位圓刀片面銑刀：適于加工平面或根部有圓角肩臺、筋條，以及難以加工材料，小規格的還可以用于加工曲面；可轉位密齒面銑刀：適于銑削短切削材料，以及較大平面和較小余量的鋼件，切削效率高。

⑵面銑刀直徑D0,采用對稱銑削法時，d0按照銑削寬度ae

計算完畢過后再根據公比為1.25的標準化系列，50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500mm選取。

⑶面銑刀的齒數z

刀齒密度大小的選擇與多種因素相關，其與切削過程中工件硬度、銑削寬度、切屑長度、切削負載以及銑削效率等密切相關。如大量生產銑削主減速器殼平面，選擇高效率和碎切屑特性，應該選用密齒面銑刀。

根據刀具密度的表達式，相同的刀具直徑D ，刀片夾緊方式對刀齒密度pz有影響。如螺釘夾緊式銑刀由于組件的數量較少，故比楔塊夾緊式銑刀的刀齒密度大。根據高速刀具的有限元分析刀齒密度的選擇要保證刀具強度，當刀齒密度選擇較大時，將導致刀體強度降低，齒數曾多可提高銑削生產率，根據上述刀具刀齒密度選擇，刀具的齒數受到加工材料、容屑空間、夾緊機構、機床功率及剛度等因素限制。參考下列經驗公式選取。

⑷刀具的幾何參數

銑刀片的幾何參數包括：主偏角、前角、后角、刀尖角、刀尖圓弧半徑、修光刃長度等。為獲得銑削加工表面較細的粗糙度，刀片安裝在刀體上，其轉角修光刃必須與銑削平面平行，否則將嚴重影響加工表面粗糙度的參數值。

90°主偏角銑刀銑削力主要產生在進給的徑向分力，軸向分力壓力小。這對于銑削低強度結構或薄壁工件有積極意義。主要用于薄壁零件及裝夾較差的零件的銑削，也可用于要求獲得直角場合及方肩銑;45°主偏角銑刀的徑向和軸向分力大小接近一致，切削平穩并對機床功率的要求較小。當以大懸伸或小刀柄銑削時，會減弱振動趨勢，同時該角度銑刀減少切削厚度，在保持中等切削刃負荷的情況下，其工作臺進給范圍更大，提高生產效率。使用于普通用途的面銑及短切削材料的銑削;10°主偏角銑刀允許在非常高的切削參數下進行切削，其工件臺進給非常高但切削厚度小。切削力主要產生在軸向上，因而可降低振動趨勢并獲得很高的金屬去除率。主要在高進給和插銑刀具上使用[2,3]。

3 面銑刀銑削力分析計算

⑴銑削功率經驗公式：

N=CN×10-5×Dg×tx×SZy×Bu×Zp×nf×KMN

式中：D為刀具直徑，t為切削深度,SZ為每齒走刀量,B為切削寬度，Z為銑刀齒數，n為每分鐘轉數;KMN為修正參數見表1,計算所得的N不考慮銑刀的漸進磨損過程，是銑刀磨鈍后的數值。系數CN及指數g、x、y、u、p、f值均見表1

⑵不同銑削方式下切削力受力公式：

① 對 稱 銑 削 :PH=(0.3～0.4)PZ PV=(0.85～0.95)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

表1 硬質合金平面銑刀銑削功率參數表

切削條件變化后功率的修正參數

②不對稱順銑:PH=(0.15～0.3)PZ PV=(0.9～1.0)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

③ 不 對 稱 逆 銑：PH=(0.6～0.9)PZ PV=(0.45～0.7)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

⑶基于現場實例的理論應用：

以材料為Q450球墨鑄鐵的主減殼蓋大盤面加工為例進行驗證，加工平面寬度為34.5mm，切削方式為不對稱逆銑。

2、切削力的計算:取以下切削參數，切削深度t=1.0mm，每齒走刀量SZ=0.75mm，切削深度B=34.5mm，每分鐘轉數n=800r/min各系數與指數值查找表1得：系數CN=2.8及指數g=0、x=0.9、y=0.74、u=1.0、p=1.0、f=1.0

①切削功率計算N=CN×10-5×Dg×tx×SZy×Bu×Zp×nf×KMN

N=2.8×10-5×500×1.00.9×0.750.74×34.51.0×41.0×8001.0×1=2.50（KW）

②實際切削功率N`=3.12×KMN×KθN×KγN=2.53（KW）

PH=(0.6～0.9)PZ=0.9×154.46=110.95N;PV=(0.45～0.7)PZ=0.7×154.46=86.30 N;

P0=(0.5～0.55)PZ=0.55×154.46=67.8 N;根據三角函數關系計算得徑向力PY=67.53N

4 現場應用的效果驗證

根據現場批量生產追蹤檢測，①產品要求平面度0.07、表面粗糙度Ra3.2，更換新型刀具后所加工工件平面度穩定維持在0.04～0.06范圍之內，表面粗糙度Ra1.6；②加工走刀由原來的6刀變更為現在的4刀，每件產品加工時間節省2分鐘；③在相同加工環境下單件產品的加工成本降低32%。

5 總結

銑削刀具的幾何參數的選用直接決定了銑削加工的效益與質量，從現成的實驗證明來看使用合理的刀具大大提高了產品質量與加工效益，因此對如何選用合理的刀具來進行現場的產品加工的研究有效的避免了在選用刀具種類上的盲目性，為進一步開展二次創業、對刀具進行合理化使用、降低費用提高產品質量奠定堅實的理論基礎，因此具有重要的現實意義。