影响平面铣削效率的因素分析

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为了保证平面铣削的顺利进行，在开始铣削之前，应对整个过程有个清楚的估计。比如要进行的是粗铣还是精铣？所加工的表面是否将作为基准？铣削过程中表面粗糙度、尺寸精度会有多大变化？另外，还需要正确选择铣刀的切削参数。本文分析了需要考虑的重点内容。
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- c6 K- A: c& {　　1、铣刀刀体的选择：铣刀的价格比较贵，一把直径为100mm的面铣刀刀体价格可能要超过600美元，所以应慎重选择，以能达到真正适合具体的加工需要。
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% ?# \! s$ f+ N5 p! ]" ~# |　　1）首先，在选择一把铣刀时，要考虑它的齿数。例如直径为100mm的粗齿铣刀只有6个齿，而直径为100mm的密齿铣刀却可有8个齿。齿距的大小将决定铣削时同时参与切削的刀齿数目，影响到切削的平稳性和对机床切率的要求。每个铣刀生产厂家都有它自己的粗齿、密齿面铣刀系列。

: Z9 s" ]1 h" w" T　　2）在进行重负荷粗铣时，过大的切削力可使刚性较差的机床产生振颤。这种振颤会导致硬质合金刀片的崩刃，从而缩短刀具寿命。选用粗齿铣刀可以减低对机床功率的要求。所以，当主轴孔规格较小时（如R-8、30#、40#锥孔），可以用粗齿铣刀有效地进行铣削加工。

. R9 Y% l5 s1 h1 e2 R# @! V　　3）粗齿铣刀多用于粗加工，因为它有较大的容屑槽。如果容屑槽不够大，将会造成卷屑困难或切屑与刀体、工件摩擦加剧。在同样进给速度下，粗齿铣刀每齿切削负荷较密齿铣刀要大。
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　　4）精铣时切削深度较浅，一般为0.25～0.64mm，每齿的切削负荷小（约0.05～0.15mm），所需功率不大，可以选择密齿铣刀，而且可以选用较大的进给量。由于精铣中金属切除率总是有限，密齿铣刀容屑槽小些也无妨。

　　5）对于锥孔规格较大、刚性较好的主轴，也可以用密齿铣刀进行粗铣。由于密齿铣刀同时有较多的齿参与切削，当用较大切削深度（1.27～5mm）时，要注意机床功率和刚性是否足够，铣刀容屑槽是否够大。排屑情况需要试验验证，如果排屑有问题，应及时调整切削用量。
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: R  p8 M' y* U& |　　2、刀片的选择：

　　1）某些加工场合选用压制刀片是比较合适的，有时也需要选择磨制的刀片。粗加工最好选用压制的刀片，这可使加工成本降低。压制刀片的尺寸精度及刃口锋利程度比磨制刀片差，但是压制刀片的刃口强度较好，粗加工时耐冲击并能承受较大的切深和进给量。压制的刀片有时前刀面上有卷屑槽，可减小切削力，同时还可减小与工件、切屑的摩擦，降低功率需求。
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　　2）但是压制的刀片表面不像磨制刀片那么紧密，尺寸精度较差，在铣刀刀体上各刀尖高度相差较多。由于压制刀片便宜，所以在生产上得到广泛应用。
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　　3）对于精铣，最好选用磨制刀片。这种刀片具有较好的尺寸精度，所以刀刃在铣削中的定位精度较高，可得到较好的加工精度及表面粗糙度。另外，精加工所用的磨制铣刀片发展趋势是磨出卷屑槽，形成大的正前角切削刃，允许刀片在小进给、小切深上切削。而没有尖锐前角的硬质合金刀片，当采用小进给、小切深加工时，刀尖会摩擦工件，刀具寿命短。

　　4）磨过的大前角刀片，可以用来铣削粘性的材料（如不锈钢）。通过锋利刀刃的剪切作用，减少了刀片与工件材料之间的摩擦，并且切屑能较快地从刀片前面离开。

9 B, ^1 g( j% Q" C7 W* x2 E4 N　　5）作为另一种组合，可以将压制刀片装在大多数铣刀的刀片座内，再配置一磨制的刮光刀片。刮光刀片清除粗加工刀痕，比只用压制刀片能得到较好的表面粗糙度。而且应用刮光刀片可减小循环时间、降低成本。刮光技术是一种先进工艺，已在车削、切槽切断及钻削加工领域广泛应用。

　　3、冷却和涂层：

0 Y. ?$ n& c( @& j4 K　　1）平面铣削是否要冷却，存在争议。当用一个大直径面铣刀铣削时，冷却液难以喷到整个铣刀。特别是铣削属于断续加工。刀片在频繁地切入、切出，实际上冷却液达不到刀尖，而是刀尖切入时被加热，切出时被冷却。这种很快地加热、冷却，极易引起热裂纹。如果刀片出现裂纹，并且在切削时从刀片座中落下，刀体将会受到严重的损坏。
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% _- Q0 R4 }  S: @3 [5 Y% E( y- b　　2）现代的刀具涂层能使温度裂纹产生的概率大大降低，更加促进了干式切削的发展。特别是TiAlN涂层刀具很适合于干式切削。因为当切入金属时，切削的热量使TiAlN表面发生化学变化，产生了更硬的物质。

　　3）干式切削的优点是，操作者可以看清切屑实际的形状和颜色，为操作者提供了评定切削过程的信息，由于工件的化学成分不同，发出的信息也不一样：当加工碳钢时，形成暗褐色切屑，说明采用切削速度适当；当速度进一步提高，褐色切屑将变成蓝色。如果切屑变黑，表明切削温度过高，此时应降低切削速度。

% i- ?* f/ q2 h; \( [" c0 s　　4）不锈钢的导热率较低，其热量不能很好地传至切屑，所以加工不锈钢应选用适当的切削速度，使切屑带有淡淡的棕褐色。如果切屑变成深褐色，表明其切削速度已达最高限度。有时，为避免刀瘤，加工不锈钢切削热又是需要的。另外，冷却液会使切屑冷却太快而熔合在刀片上，导致刀具寿命降低。

1 G% P: w* q; ?* E8 `/ {　　5）过高的进给量会引起材料的堆积，而进给量过低又会使刀具与工件发生摩擦，也会导致过热。
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　　6）干切的目标是调整切削速度与进给量，使热传到切屑而不是工件或铣刀上。因此，应避免使用冷却液，以便观察飞溅的切屑，适当地调整主轴速度和进给量。热切屑意味着热量没有传到零件和刀具上，不会发生热裂纹，从而延长了刀具寿命。但当加工易燃性的材料（如镁和钛）时，应注意冷却并备好灭火设施。

! B. u; b: y9 l" v& l7 J7 B. q　　7）值得一提的是，当干切时，在螺纹/铣刀体的结合面应涂少量防止“咬死”（难以拆卸）的化合物也很重要，但要注意不要带进污物，否则会影响铣刀的安装精度。
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& I4 H% l; m+ @1 u　　3、顺铣和逆铣：
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# M4 i$ X; F( P( e　　1）大多数平面铣削都是在带有丝杠或滚珠丝杠的轻型机床上用逆铣方式来完成。但是，应尽量采用顺铣，这样会取得更好的加工效果。因为逆铣时，刀片切入前产生强烈摩擦，造成加工表面硬化，使下一个刀齿难以切入。当顺铣时，应使铣削宽度大约等于2/3铣刀直径，这可保证刀刃一开始就能立即切入工件，几乎没有摩擦。如果小于1/2铣刀直径，则刀片又开始“摩擦”工件，因为切入时切削厚度变小，每齿进给量也将因径向切削宽度的变窄而减小。“摩擦”的结果使刀具寿命缩短，对于硬质合金刀具，增加每齿进给量和减小切削深度是比较有利的。所以粗铣时，若径向切削宽度小于铣刀半径时，增加走刀量，其刀具寿命将会提高，加工时间随之缩短。当然，精铣需要工件表面光洁，所以应限制走刀量。
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　　2）试调这一径向铣削宽度，确定铣刀直径与径向铣削宽度之比的工作，最好在高精度机床上进行，以便在调整比率的同时，观察其工件表面粗糙度的变化。
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+ W' |, f8 k- `2 O" Y8 j　　4、铣削效率的评价：

0 b, O) q1 C2 ?) B" {　　面铣工作效率可以用多种方式衡量，一种是通过确定每分钟金属切除量，即：WOC（切削宽度）×DOC（切削深度）×FR（走刀量）。如：3（WOC）×0.150英寸（DOC）×3.5英寸/minFR=15.75立方英寸/分。金属切除率表示的是切下的金属体积，所用的机床功率能否达到这个切除率要取决于被加工金属的硬度。因而有另外一种衡量方法，就是直接计算铣削所需动率。它等于：金属切除率×材料硬度系数。如：铝硬度系数约为0.3，则所需功率为15.75×0.3=4.725（马力）；4140钢硬度系数约为0.7，所需功率为15.75×0.7=11（马力），硬度系数可查有关手册、资料。