铣削过程基本知识

第二章　铣削概述

铣削加工是金属切削加工的重要工艺之一。铣削是在铣床上以铣刀作为主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法。铣床是机械制造业的重要设备，其生产效率高，加工范围广，是目前机械制造业中广泛采用的工作母机之一。

一、铣床的基础知识

(一)铣削加工的内容

铣削加工的内容很多，其基本内容见表2-1。

表2-1　铣削的基本内容

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(二)铣削的工艺特点

铣削的加工工艺特点有以下几点。

(1)铣削在金属切削加工中的应用仅次于车削加工，主运动是铣刀的回转运动，切削速度较高，除加工狭长平面外，其生产效率均高于其他。

(2)铣刀的种类很多，铣床的功能强大，因此铣削的适应性好，能完成多种表面的加工。

(3)铣刀为多刃刀具，铣削时各刀齿轮流承担铣削，冷却条件好，刀具寿命长。

(4)铣削时各铣刀刀齿是断续切削的，铣削过程中同时参与铣削的刀齿数是变化的，铣削厚度也是变化的，因此铣削力是变化的，存在冲击。

(5)铣削的经济加工精度为IT9～IT7，表面粗糙度Ra值为12.5～1.6μm。

(三)铣床的型号

1.铣床型号的组成

根据GB/T 15375－1994《金属切削机床　型号编制方法》规定的通用金属切削机床型号由基本部分和辅助部分组成，中间用“/”隔开，读作“之”。基本部分需统一管理，辅助部分纳入与不纳入型号由企业自主决定。铣床的型号构成如下:

2.型号示例

在铣床型号中，铣床类用大写汉语拼音字母“X”表示;“组”代号和名称见表2-2。常用铣床的“系”代号、名称和主参数见表2-3。

表2-2　铣床型号“组”代号和名称

表2-3　常用铣床“系”代号及主参数

(四)常用铣床的基本结构

铣床的种类很多，目前常用铣床有卧式升降台铣床和立式升降台铣床。

1.卧式升降台铣床

卧式升降台铣床又分为卧式升降台铣床、万能升降台铣床和万能回转头铣床。

(1)卧式升降台铣床。这种铣床的主轴为水平(卧式)安置。被加工的工件固定在工作台上，通过升降台和工作台等运动部件，可使工件得到垂直、横向和纵向的进给运动，而铣刀则作旋转的切削运动，如图2-1所示。这种铣床适用于铣削平面、沟槽、成形面等。

图2-1　卧式升降台铣床

(2)万能升降台铣床。这种铣床与卧式升降台铣床基本相同。只是把前者的工作台底座分为了两个部分，一是回转盘，一是床鞍，如图2-2所示。回转盘可在铣床床鞍上回转±45°，因而这种铣床除了能完成卧式升降台铣床的各种铣削任务外，还能铣削螺旋槽、斜齿轮等。

图2-2　万能升降台铣床

图2-3　万能回转头铣床

(3)万能回转头铣床。这种铣床的升降台和床身部分与万能升降台铣床完全相同，但其顶部的悬梁内装有单独的电动机和变速箱，用来驱动悬梁前端的万能铣头，如图2-3所示。万能铣头可在垂直面和水平面内各回转一定角度。铣床的主轴则可单独使用，也可与万能铣头同时使用，实现多刀多刃加工，因而它除能完成万能铣床的各种铣削加工外，还可以进行钻孔、镗孔以及深度不大的斜孔加工等。

2.立式升降台铣床

如图2-4所示，立式升降台铣床的主轴是垂直安置，并可在纵向的垂直面内左右各回转45°角。立式升降台铣床的升降台、进给系统等部分同卧式升降台铣床完全相同。立式升降台铣床应用很广，使用面铣刀和立铣刀可铣削平面、斜面、沟槽和角度面等。

图2-4　立式升降台铣床

(五)铣床各部分的名称与作用

1.主要技术参数(表2-4)

表2-4　X6132型卧式万能升降台铣床的主要技术参数

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2.名称作用(表2-5)

表2-5　卧式铣床的结构名称与作用

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二、铣床的操作

(一)铣床各操纵部位的名称的操作

1.工作台纵、横、垂直方向的手动进给操作

纵横向手动进给手柄如图2-5所示，垂直手动手柄如图2-6所示。操作时将两手柄分别接通其手动进给离合器，摇动各手柄，带动工作台分别做各进给方向和手动进给运动(顺时针摇动各手柄，工作台前进或上升;逆时针摇动各手柄，工作台后退或下降。手柄的摇动要均匀，且进给速度要适当)。

图2-5　纵横手柄的刻度盘

图2-6　垂直手柄的刻度盘

纵横向刻度盘圆周等分120格，刻度盘每转一转，工作台移动6mm，每转一格，工作台移动0.05mm。垂直方向刻度盘圆周等分40格，每转一转，工作台上升(或下降)2mm，每转一格，工作台上升(或下降)0.05mm。

由于丝杠和螺母间的配合存在间隙，滑板会产生空行程(丝杠带动滑板已转动，而滑板并没立即移动)，当手柄摇过头时，不能直接退回至所需的刻线处，应将手柄退回一转后，再重新摇至所需刻线处，如图2-7所示。

图2-7　消除刻度盘空转的间隙
(a)手柄摇过头　(b)将手柄反转一圈　(c)再摇至所需位置

2.工作台纵向、横向、垂直方向的机动进给操作

工作台纵向、横向、垂直方向的机动进给操作手柄均为复式手柄。纵向机动进给手柄有三个位置，即“向右进给”、“向左进给”、“停止”，扳动手柄，手柄的指向就是工作台的机动进给方向，如图2-8所示。

图2-8　工作台纵向自动进给操作

工作台横向、垂向的机动进给由同一手柄操作，该手柄有5个位置，即“向里进给”、“向外进给”、“向上进给”、“向下进给”、“停止”。扳动手柄，手柄的指向就是工作台的进给方向，如图2-9所示。

图2-9　工作台横向、垂直方向自动进给操作

以上各手柄，接通其中一个时，就相应地接通电动机的电器开关，使电动机正转或反转，工作台就得某一个方向的机动进给运动。因此在操作时只能接通其中一个手柄，而不能同时接通两个。

3.主轴变速操作

如图2-10所示，转速盘上有30～1500r/min18种转速，变换主轴转速时，压下变速手柄，使榫块从固定环的槽1内脱开，再把手柄向外拉出，使榫块卡入固定环的槽内，这时手柄处于Ⅰ的位置(脱开位置)。再转动转速盘，让所选转速对准指针，再将手柄下压并快速扒到Ⅱ的位置，使冲动开关瞬间接通，这时电动机瞬间转动，以利用变速齿轮顺利啮合，然后再由位置Ⅱ慢速将手柄继续推到位置Ⅲ，使手柄的榫块落入固定环的槽1中，变速完成。

图2-10　主轴变速操作

变速操作时，为避免因起动电流过大而导致电动机超负荷而烧坏电动机，连续变速的次数不宜超过3次，如果有所需求，必须间隔5min后再进行变速。

4.进给变速操作

如图2-11所示，变速操作时，向外拉出进给变速手柄，然后转动手柄，带动进给速度盘旋转(转速盘上有23.5～1180r/min 18种进给转速)，让所选进给速度对准指针后，再将进给手柄推回原位，按动“起动”按钮使主轴旋转，再扳动自动进给操纵手柄，工作台就按要求的进给速度做自动进给运动。

图2-11　进给变速操作

5.纵向、横向、垂直方向手柄的紧固

铣削生产加工时，为减少振动，保证工件的正确定位，可将不使用的手柄进行紧固，以避免因铣削力使工作台在某一方向产生位置移动。这时可分别旋紧纵向工作台紧固螺钉和横向工作台紧固手柄以及垂直进给紧固手柄，工作完毕后，必须将其松开。

6.万能立铣头的安装

万能立铣头是铣床的重要附件，它能扩大铣床的加工应用范围。如图2-12所示，万能立铣头由座体、壳体、主轴座体、主轴构成。座体由楔铁配合，用螺钉紧固在床身垂直导轨上。立铣头是空心主轴，前端是MORSE NO4圆锥孔，用来安装铣刀的刀轴，立铣头主轴可在纵向和横向两个相互垂直的平面内作360°转动，所以能与工作台面成任意角度。

图2-12　万能立铣头

(二)铣床的润滑与维护

铣床的润滑如图2-13所示。

图2-13　X6132型铣床的润滑

铣床的主轴箱与进给变速箱采用自动润滑，铣床开启后可由油标显示其润滑情况。工作台纵向丝杠和螺母、导轨面、横向溜板导轨等采用手拉油泵注油润滑。其他如工作台纵向丝杠两端轴承、垂直导轨、挂架轴承等采用油枪流注油润滑铣床各润滑点，平时要特别注意，必须按期按质要求根据说明书对铣床润滑点加油润滑，对铣床润滑系统添加润滑油和润滑脂。各润滑点润滑的油质应是清洁无杂质，一般使用L－AN32机油。

三、铣削过程基本知识

(一)铣削运动

铣削运动是指在铣床上加工时，铣刀和工件的相对运动。如图2-14所示，(a)为使用圆柱形铣刀时的铣削情形;(b)为使用面铣刀铣削时的铣削情形。

图2-14　铣削运动

为了保证能够从被加工表面上切下一层金属，它必须具备两个运动，一是主运动，是机床提供的耗能最大的主要运动。铣削是以铣刀的旋转为主运动，它能使刀具从工件上切除多余的部分，二是进给运动，它是由机床或人力提供的耗能较小的运动。铣削是经工件相对铣刀的移动为直线运动的。它有两种形式，一是断续进给运动，一是连续进给运动。进给运动是采用机械传动实现自动进给或操作者摇动工作台手柄实现手动进给的运动，它是铣削中的辅助运动。铣床上的进给运动分为纵向、横向和垂直三种形式。

(二)铣削用量及其选择

铣削用量的内容包括铣削速度、吃刀量、进给量。

1.铣削速度

它是指切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时线速度，代号vc，其计算公式为:

式中　vc——铣削速度，m/min;

　　　d0——铣刀直径，mm;

　　　n——主轴速度，r/min。

在铣削加工时，一般是先选好较为适宜的铣削速度vc，然后计算出铣床主轴的转速n。

2.吃刀量

代号a，吃刀量包含背吃刀量ap和侧吃刀量ac，也就是铣削深度和铣削宽度，如图2-15所示。

图2-15　背吃刀量和侧吃刀量

背吃刀量ap，即铣削深度，是指铣刀在一次进给中切除工件表面的深度(即待加工表面到已加工表面的垂直距离)。

侧吃刀量ac，即铣削宽度，是指被切除金属层的宽度(即铣削加工时，加工表面的宽度)。

3.进给量

铣刀在进给方向上相对于工件的位移量，代号f。它包含每齿进给量fz、每转进给量f和进给速度vf。

每齿进给量是铣刀每转过一个齿，工件的位移量;每转进给量是铣刀每转一转，工件的位移量;进给速度是工件在一分钟的位移量。它们的关系是:

vf= fn= fz zn

式中　z——铣刀齿数;

　　　n——主轴转速，r/min;

　　　vf——进给速度，mm/min;

　　　f——每转进给量，mm/r;

　　　fz——每齿进给量，mm/z。

4.铣削用量的选用

合理的选择铣削用量，对提高劳动生产效率、改善工件表面粗糙度、保证加工几何精度以及延长刀具使用寿命等，有着密不可分的关联。

1)铣削用量的选用原则　铣削用量的选择原则与车削用量的选择原则一样。

(1)要考虑铣刀的合理寿命和铣削力的影响。

(2)要考虑工件的加工几何精度。

(3)要考虑机床工艺系统的刚性。

2)铣削用量的选择顺序

(1)要选用较大的背吃刀量。

(2)要选用较大的每齿进给量。

(3)要选用适宜的主轴转速。

3)铣削用量的合理选用

(1)吃刀量的选用。吃刀量应根据工件的加工余量大小以及工件所要求达到的表面粗糙度情况来确定，同时也应考虑被加工工件的材料等。在生产实际中，可参考表2-6来选用。

表2-6　吃刀量的选用　　　　(单位:mm)

(2)每齿进给量的选用。它应根据铣刀的强度、机床的工艺性能、夹具的刚性来确定。粗铣时，尽量取得大些;精铣时一般选用较小的进给量，同时也要考虑每转进给量。实际生产中可参考表2-7来选用。

表2-7　每齿进给量的选用　　　　(单位:mm/z)

(3)铣削速度的选用。合理的铣削速度是在保证加工质量和铣刀寿命的条件下确定的。粗铣时应选用相对低一点的铣削速度;精铣时选用高一些的铣削速度。少数情况下会采用比粗铣时更低一些的速度。铣削速度可参考表2-8。

表2-8　铣削速度的选用　　　　(单位:m/min)

四、铣　　刀

铣刀是用于铣削的一种加工刀具。在铣床上使用的刀具材料一般为高速钢和硬质合金。

(一)铣刀切削部分常用的材料

铣刀切削部分常用的材料见表2-9。

表2-9　铣刀切削部分的材料

(二)常用铣刀

1.常用铣刀的名称与用途

常用铣刀的名称、用途列于表2-10中，供作辨认和选用。

表2-10　常用铣刀的主要用途

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2.铣刀的规格

铣刀的规格也很多，具体内容见表2-11。

表2-11　铣刀的安装

注:铣刀标记中的尺寸均为基本尺寸，但铣刀在使用和刃磨后都会产生变化，因而在使用时应加以注意。

(三)铣刀的安装与检查

1.铣刀常用的连接形式

铣刀在铣床上的安装连接和紧固形式，由铣刀的类型、使用的机床设备以及被加工工件的铣削部位来决定。铣刀安装常用的连接形式见表2-12。

表2-12　铣刀安装常用的连接形式

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2.铣刀的安装

铣刀的种类很多，其装夹的方法也有所不相同，将在下面分类讲述。

1)圆柱铣刀、三面刃铣刀等带孔铣刀装卸　其安装方法见表2-13。

表2-13　圆柱铣刀、三面刃铣刀等带孔铣刀的装卸

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2)套式端铣刀的安装　套式端铣刀分为内孔带键槽的套式铣刀和端面带键槽的套式铣刀两种形式。

(1)内孔带键槽的套式铣刀。它用带纵键的铣刀轴安装，如图2-16所示。其安装操作步骤如下:

第一步，擦干净刀轴锥柄和铣床主轴锥孔。

第二步，将刀轴凸缘的槽对准铣床主轴端部的凸键，用拉紧螺杆拉紧刀杆。

第三步，擦干净铣刀内孔端面和刀轴外圆。

第四步，将铣刀上的键槽对准刀轴上的键，装入铣刀。

第五步，用叉形扳手旋紧螺钉，紧固铣刀。

图2-16　内孔带键槽的套式端铣刀的安装
1－紧刀螺钉　2－铣刀　3－键　4－刀轴

(2)端面带槽套式铣刀的安装。它用带端键的刀轴安装，如图2-17所示。其安装操作步骤:

图2-17　端面带槽的套式端铣刀的安装
1－紧刀螺钉　2－铣刀　3－凸缘　4－刀轴

第一步，擦干净刀轴锥面与主轴锥孔。

第二步，将刀轴拉紧在铣床主轴锻造孔内。

第三步，将凸缘装入刀轴上，并使凸缘上的槽对准铣床主轴端部的凸键。

第四步，安装铣刀，并使铣刀端面上的槽对准凸缘端面上的凸键，旋入紧刀螺钉。

第五步，用叉形扳手紧固铣刀。

以上两种形式结构的刀轴，能安装较大直径的端铣刀和直径在160mm以下的盘铣刀。

3)带柄立铣刀的装卸　带柄立铣刀有直柄和锥柄两种。其安装方法见表2-14。

表2-14　带柄立铣刀的安装

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3.多刀铣削时铣刀的安装与调整

在刀杆上安装一把以上的铣刀对工件进行铣削的加工就是多刀铣削。这是铣削中常用的一种铣削方法。多刀铣削加工时应根据工件的各种加工生产要求来安装和调整铣刀，以保证工件的各项加工精度。多刀铣削时的铣刀的安装与调整方法见表2-15。

表2-15　多刀铣削时的铣刀的安装与调整方法

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4.铣刀安装后的检查

铣刀安装后，都必须进行检查，检查内容见表2-16。

表2-16　铣刀安装后的检查

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思考与练习

1.什么是铣削?铣削加工的内容有哪些?

2.X6132、X8126型机床各型号表示什么含义?

3.常用的铣床有哪几类?各有什么特点?

4.铣削过程中，工件上会形成哪三种表面?

5.什么是铣削用量?铣削用量的要素有哪些?

6.铣刀切削部分的材料有哪两大类?

7.铣刀按其用途可分成哪几类?

8.如何装卸铣刀?装卸铣刀时应注意什么?