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立铣刀主要几何参数的选择
- 发布日期：17-03-21 15:52
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立铣刀的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。在选择立铣刀的参数时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质（粗、精加工）等，合理的参数可以使数控加工以最低的加工成本、最短的价格时间达到最佳的加工质量。
通常一把普通的立铣刀涉及以下主要几何参数：前角、后角、螺旋角、刃宽、槽深等。
其选择原则如下：
1、前角及前刀面
（1）前角
前角的设计是立铣刀设计的重要组成不封。前角对切削力、切屑排除、铣刀寿命等影响都非常大。如果是切削硬材料，需要的切削刃强度大，一般要选择小的正前角，甚至选择负前角；切削软质材料、易切削材料或刚性差的材料，则选择大的正前角。例如，切削一般钢件时，选择小的正前角；切削铝、铜等软性材料时，选择大的正前角。但采用小前角比采用大前角时更容易产生积屑瘤，增大工件的粗糙度。因为前角小，切削变形激烈，前刀面的摩擦较大，同时温度升高也较快，容易产生积屑瘤。反之前角较大时，切屑对前刀面的正压力减少，消耗的功率也减小，切削力和切削变形也随之减少，不容易产生积屑瘤。但前角过大会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积导致切削热不容易排出，这样立铣刀和工件的温度升高反而更大。
所以在设计立铣刀前角的时候，要根据不同的被加工材料来选择合适的前角，达到减少立铣刀在切削过程中的变形与摩擦、抑制积屑瘤和鳞刺的生成及降低表面粗糙度的效果。
（2）前刀面
前刀面的作用主要是对金属施加挤压，使之产生变形、滑移、分离而成为切屑；它受两个热源的作用，接受大量的热量；受切屑的摩擦，造成磨损；其形状是控制切削卷曲、流向、折断的主要参数。在设计前刀面时，一般需要增加一道工艺，即用砂轮精磨一遍，尽量降低表面粗糙度，减小摩擦程度，减少摩擦温度升高过快，而烧伤工件和刀具。还可以加快切屑的流动速度，减少切屑在前刀面的停留时间，减少切屑热量传递到立铣刀本体上，减少前刀面的磨损。
2、后角
立铣刀后角的选取会影响立铣刀刚性和工件的表面质量。增大后角可以减少后角面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，提高表面质量；但同时会使散热条件变差，刀齿强度降低。因此，立铣刀通常采用双倒棱后角（第一、第二后角），在增大后角的同时可以保证刀齿的刚性。
3、螺旋角
立铣刀的基本刃口形状（槽的形状）有直形和螺旋形两种。由于螺旋刃立铣刀相对于直刃立銑刀有切削轻快、平稳、效率高和使用范围广等优点，因此，在铣削加工中得到了广泛应用。根据加工设备和加工对象的不同要求，螺旋刃立铣刀有左刃、右刃和左螺旋、右螺旋四种不同的组合。其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的轴向切削阻力有把立铣刀从刀夹中拔出的趋势，需采用拉紧螺栓克服轴向切削阻力；而左刃右螺旋和右刃左螺旋的轴向切削阻力刚好把立铣刀压向夹头方，故多采用锥柄加扁尾，以适应大功率切削。
因为右刃右螺旋立铣刀可让切屑沿排屑槽向柄部排出，易保证切削的平稳进行，符合机床主轴旋向标准，在高性能夹头的支持下装卸方便，所以，其使用范围最广，使用量最大。
螺旋角的特性归纳：
（1）螺旋角与切削阻力
切向切削阻力随螺旋角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大。
（2）螺旋角与前角
螺旋角度的增大使立铣刀实际前角增大，刃口更加锋利。
（3）螺旋角与被加工面精度
一般被加工面的垂直度和平面度公差值随螺旋角的增大而增加，当螺旋角大于 40% 以后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势。
（4）螺旋角与立铣刀寿命
圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角大小基本成正比；另一方面当螺旋角很小时，轻微的铣刀损伤也将明显降低李立铣刀的切削性能，引起振动，使铣刀无法继续使用。方螺旋角过大时，刀尖强度就越小，立铣刀刚性变差，寿命降低。
（5）螺旋角与被切削材料
大螺旋角适用于加工切削力低的铝合金、要求铣刀锋利的高硬度材料、难切削材料；小螺旋角使用于对立面精度要求高的加工、要求切削刃强度高的切削。
实际生产中使用的整体立铣刀，螺旋角一般为 30° 。
4、槽深
槽深是立铣刀最重要的参数。如果槽深太深，立铣刀刚性就会变弱，在切削中容易折断，立铣刀寿命缩短；槽深太浅，容屑空间不够，容易产生堵屑，排屑不畅，使立铣刀温度急剧上升，产生烧伤立铣刀等现象，影响立铣刀寿命。
在设计立铣刀槽深的时候，要根据不同的被加工材料的价格特性，来选择合适的槽深，以达到延长立铣刀寿命的效果。一般在切削脆性材料或高硬度的材料时，由于进行背吃刀量相对较少，因此，为了增大立铣刀刚性，槽深选择较浅。加工一些塑性材料或软材料时，一般槽深选择较深。在较大的径向背吃刀量切削的时候，能获得更大的容屑空间，使切屑顺利排出，减少切屑在容屑槽的停留时间，这样可以使切屑尽快地带走切热量，以达到延长立铣刀寿命的效果。
另外，还应该根据具体的槽深来确定槽的磨削次数，避免磨削量过大而加速砂轮的磨损和立铣刀裂纹出现。磨削小直径立铣刀的时候（直径在 3mm 以下），开槽时一般选择一次摸完。因为它的直径比较小，磨削量少，负载小，在较快的磨削速度下，不会出现烧伤或粗糙度不好等缺陷。这样可以节省时间，提高加工效率；磨削大直径立铣刀时，一般选择一槽分多次磨削。
5、刃数
立铣刀的刃数主要有 2 刃、3 刃、4 刃、6 刃等类型。刃数的不同直接影响容屑槽的大小。
2 刃、3 刃和4 刃的立铣刀最为常用。刃数越多刚性越高，加工精度会提高，但切削的排出效果越差。切屑排出不畅，立铣刀的切削刃会与切屑缠绕在一起，影响加工面的精度，进一步恶化会引起切屑堵塞，造成切削刃破损或立铣刀整体折断。因此，若打算采用大的径向背吃刀量（切宽）或进行槽加工时，一般使用刃数少的立铣刀。
刃数较多的立铣刀更适用于精加工。刃数越多，每转进给量越大，加工效率会提高。且立铣刀到达寿命的切削长度增大，也等于延长了立铣刀寿命。但是刃数增加，切削刃之间的间隔减小，同事参与切削的刃数增加，切削力也会提高。尤其在加工薄壁工件或夹持刚性低的工件时要特别注意切削力，应选择刃数少的立铣刀以抑制高频振动。
通常一把普通的立铣刀涉及以下主要几何参数：前角、后角、螺旋角、刃宽、槽深等。
其选择原则如下：
1、前角及前刀面
（1）前角
前角的设计是立铣刀设计的重要组成不封。前角对切削力、切屑排除、铣刀寿命等影响都非常大。如果是切削硬材料，需要的切削刃强度大，一般要选择小的正前角，甚至选择负前角；切削软质材料、易切削材料或刚性差的材料，则选择大的正前角。例如，切削一般钢件时，选择小的正前角；切削铝、铜等软性材料时，选择大的正前角。但采用小前角比采用大前角时更容易产生积屑瘤，增大工件的粗糙度。因为前角小，切削变形激烈，前刀面的摩擦较大，同时温度升高也较快，容易产生积屑瘤。反之前角较大时，切屑对前刀面的正压力减少，消耗的功率也减小，切削力和切削变形也随之减少，不容易产生积屑瘤。但前角过大会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积导致切削热不容易排出，这样立铣刀和工件的温度升高反而更大。
所以在设计立铣刀前角的时候，要根据不同的被加工材料来选择合适的前角，达到减少立铣刀在切削过程中的变形与摩擦、抑制积屑瘤和鳞刺的生成及降低表面粗糙度的效果。
（2）前刀面
前刀面的作用主要是对金属施加挤压，使之产生变形、滑移、分离而成为切屑；它受两个热源的作用，接受大量的热量；受切屑的摩擦，造成磨损；其形状是控制切削卷曲、流向、折断的主要参数。在设计前刀面时，一般需要增加一道工艺，即用砂轮精磨一遍，尽量降低表面粗糙度，减小摩擦程度，减少摩擦温度升高过快，而烧伤工件和刀具。还可以加快切屑的流动速度，减少切屑在前刀面的停留时间，减少切屑热量传递到立铣刀本体上，减少前刀面的磨损。
2、后角
立铣刀后角的选取会影响立铣刀刚性和工件的表面质量。增大后角可以减少后角面与切削表面间摩擦，减小切削刃钝圆弧半径，提高表面质量；但同时会使散热条件变差，刀齿强度降低。因此，立铣刀通常采用双倒棱后角（第一、第二后角），在增大后角的同时可以保证刀齿的刚性。
3、螺旋角
立铣刀的基本刃口形状（槽的形状）有直形和螺旋形两种。由于螺旋刃立铣刀相对于直刃立銑刀有切削轻快、平稳、效率高和使用范围广等优点，因此，在铣削加工中得到了广泛应用。根据加工设备和加工对象的不同要求，螺旋刃立铣刀有左刃、右刃和左螺旋、右螺旋四种不同的组合。其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的轴向切削阻力有把立铣刀从刀夹中拔出的趋势，需采用拉紧螺栓克服轴向切削阻力；而左刃右螺旋和右刃左螺旋的轴向切削阻力刚好把立铣刀压向夹头方，故多采用锥柄加扁尾，以适应大功率切削。
因为右刃右螺旋立铣刀可让切屑沿排屑槽向柄部排出，易保证切削的平稳进行，符合机床主轴旋向标准，在高性能夹头的支持下装卸方便，所以，其使用范围最广，使用量最大。
螺旋角的特性归纳：
（1）螺旋角与切削阻力
切向切削阻力随螺旋角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大。
（2）螺旋角与前角
螺旋角度的增大使立铣刀实际前角增大，刃口更加锋利。
（3）螺旋角与被加工面精度
一般被加工面的垂直度和平面度公差值随螺旋角的增大而增加，当螺旋角大于 40% 以后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势。
（4）螺旋角与立铣刀寿命
圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角大小基本成正比；另一方面当螺旋角很小时，轻微的铣刀损伤也将明显降低李立铣刀的切削性能，引起振动，使铣刀无法继续使用。方螺旋角过大时，刀尖强度就越小，立铣刀刚性变差，寿命降低。
（5）螺旋角与被切削材料
大螺旋角适用于加工切削力低的铝合金、要求铣刀锋利的高硬度材料、难切削材料；小螺旋角使用于对立面精度要求高的加工、要求切削刃强度高的切削。
实际生产中使用的整体立铣刀，螺旋角一般为 30° 。
4、槽深
槽深是立铣刀最重要的参数。如果槽深太深，立铣刀刚性就会变弱，在切削中容易折断，立铣刀寿命缩短；槽深太浅，容屑空间不够，容易产生堵屑，排屑不畅，使立铣刀温度急剧上升，产生烧伤立铣刀等现象，影响立铣刀寿命。
在设计立铣刀槽深的时候，要根据不同的被加工材料的价格特性，来选择合适的槽深，以达到延长立铣刀寿命的效果。一般在切削脆性材料或高硬度的材料时，由于进行背吃刀量相对较少，因此，为了增大立铣刀刚性，槽深选择较浅。加工一些塑性材料或软材料时，一般槽深选择较深。在较大的径向背吃刀量切削的时候，能获得更大的容屑空间，使切屑顺利排出，减少切屑在容屑槽的停留时间，这样可以使切屑尽快地带走切热量，以达到延长立铣刀寿命的效果。
另外，还应该根据具体的槽深来确定槽的磨削次数，避免磨削量过大而加速砂轮的磨损和立铣刀裂纹出现。磨削小直径立铣刀的时候（直径在 3mm 以下），开槽时一般选择一次摸完。因为它的直径比较小，磨削量少，负载小，在较快的磨削速度下，不会出现烧伤或粗糙度不好等缺陷。这样可以节省时间，提高加工效率；磨削大直径立铣刀时，一般选择一槽分多次磨削。
5、刃数
立铣刀的刃数主要有 2 刃、3 刃、4 刃、6 刃等类型。刃数的不同直接影响容屑槽的大小。
2 刃、3 刃和4 刃的立铣刀最为常用。刃数越多刚性越高，加工精度会提高，但切削的排出效果越差。切屑排出不畅，立铣刀的切削刃会与切屑缠绕在一起，影响加工面的精度，进一步恶化会引起切屑堵塞，造成切削刃破损或立铣刀整体折断。因此，若打算采用大的径向背吃刀量（切宽）或进行槽加工时，一般使用刃数少的立铣刀。
刃数较多的立铣刀更适用于精加工。刃数越多，每转进给量越大，加工效率会提高。且立铣刀到达寿命的切削长度增大，也等于延长了立铣刀寿命。但是刃数增加，切削刃之间的间隔减小，同事参与切削的刃数增加，切削力也会提高。尤其在加工薄壁工件或夹持刚性低的工件时要特别注意切削力，应选择刃数少的立铣刀以抑制高频振动。
各种刃数立铣刀的优缺点和主要用途
| 2 刃 | 3 刃 | 4 刃 | 6 刃 | |
| 优点 |
切屑排出效果显 著轴向进给加工 便利切削力小 |
切屑排出效果显著 轴向进给加工便利 |
刚性高 |
刚性高 切削刃耐久性优异 |
| 缺点 | 刚性低 | 外径测量需特殊量具 | 切削排出效果差 | 切削排出效果差 |
| 用途 |
具有槽加工、 侧面加工、 孔加工、 曲面加工等广泛用途 |
槽加工、 侧面加工、 重加工、 精加工 |
浅槽、 侧面加工、 精加工 |
高硬度材料加工、 浅槽、 侧面加工 |
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