机械制造与自动化数控机电毕业论文铣刀的分类和应用.docx

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机械制造与自动化数控机电毕业论文铣刀的分类和应用

机械制造毕业论文（设计）

题目铣刀的分类和应用

摘要

本文是作者对铣刀的含义和应用所进行的总结和个人观点，对各种各样的铣刀进行性能划分，简单的介绍了各种铣刀在加工中的应用。

从铣刀的发展历程可以看到，铣刀的分类越来越多，应用条件也很复杂，所以我在文中对它们进行了归类和划分。

关键字：

铣刀、材料、分类

第一章前言

近年来，随着数控机床的不断发展，数控机床刀具种类越来越多，其划分也越来越细，但无论样式如何改变，从总体上看，数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，要一刀多用，适应性强，能够面对繁多的加工要求。

而数控刀具中又以数控铣刀应用最为广泛.数控行业的空前发展,使数控铣刀样式繁多，对其进行合理划分和对其应用条件和场合的分析是很有实际意义的。

第二章铣刀的定义和发展

2.1铣刀的含义:

铣刀是用于铣削加工的、具有一个或多个刀齿的旋转刀具。

工作时各刀齿依次间歇地切去工件的余量。

铣刀主要用于在铣床上加工平面、台阶、沟槽、成形表面和切断工件等。

2.2铣刀的发展：

在1783年，法国的勒内首先制出铣刀。

1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。

1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。

1898年，美国的泰勒和．怀特将Wc为1%的高碳钨铬在接近溶化开始的高温条件下淬火，然后进行回火，成功地得到了较高的高温硬度。

这种高碳钨铬钢掀起了一场钢的热处理革命，是切削工具钢的代表。

1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。

1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。

1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。

1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。

这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。

1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。

表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

同年美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片，这些非金属刀具材料使刀具以更高的速度切削。

现代刀具随着科技的高速发展，以硬质合金材料为主的各种刀具材料性能全面提高。

硬质合金的性能不断改进，应用面扩大，成为切削加工主要的刀具材料，对推动切削效率的提高起到了重要作用。

首先是细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发，显著地提高了硬质合金材料的强度和韧性，用它制造的整体硬合金刀具，用来代替传统的高速钢刀具，使切削速度和加工效率提高了数倍，把量大面广的通用刀具带入了高速切削的范围，为切削加工全面进入高速切削阶段打下了半壁江山。

不仅如此，整体硬质合金还在一些复杂成形刀具中得到应用。

陶瓷和金属陶瓷刀具材料品种增多，强度和韧性提高，扩大了应用领域和加工范围，在钢材、铸铁的精加工、半精加工中代替硬质合金，提高了加工效率和产品质量。

目前，这类刀具材料不仅可用在单件、小批生产，而且已用于流水线的批量生产中，并且因为价格较低，可作为干切削、硬切削的首选刀具。

PCD、CBN超硬刀具材料韧性和制造工艺的改进，使应用领域不断扩大。

并从精加工领域扩大到半精加工领域，使切削加工的效率大幅提高。

目前由于用PCD制造的各种高性能刀具的广泛应用，切削效率显著提高，最高的切削速度已达7000m/min。

产品已从原来车刀、面铣刀扩大到立铣刀、钻头、铰刀、成形刀具等；PCD还是加工石墨、合成材料等非金属材料唯一的高效刀具。

可以预见，随着CBN、PCD刀具的推广，刀具品种将进一步增多，应用领域进一步扩大，在切削加工朝着高速、高效加工方向发展中起到领先的作用。

在刀具材料发展中仍要提到高速钢材料的发展，尽管高速钢刀具与硬质合金刀具相比销售量在减少，但是高性能的钴高速钢和粉末冶金高速钢的使用量在不断增加。

这两种高性能高速钢已有很长的历史，它们比普通的高速钢有更好的耐磨性、红硬性和使用的可靠性，尤其是粉末冶金高速钢的性能更好，但由于价格高，过去主要用在航空航天工业加工难加工材料。

随着人们对切削加工效率的追求和观念的转变，这些高性能高速钢的刀具首先在自动线上大量采用，如钻头、立铣刀、丝锥等通用刀具和齿轮刀具、拉刀等精密复杂刀具，收到了提高切削速度和加工质量、使用可靠和延长刀具寿命的效果。

涂层成为提高刀具性能的关键技术。

刀具的涂层技术在现代切削加工和刀具的发展中起着十分重要的作用，尤其是近几年取得了重大的进展。

化学涂层（CVD）仍然是可转位刀片的主要涂层工艺，开发了中温CVD、厚膜三氧化二铝、过渡层等新工艺，在基体材料改善的基础上，使CVD涂层的耐磨性和韧性都得到提高；CVD金刚石涂层也取得了进展，提高了涂层表面光洁度，进入了实用的阶段。

在此期间，物理涂层（PVD）的进展尤为引人注目，在炉子结构、工艺过程、自动控制等方面都取得了重大进展，不仅开发了适应高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层，如超级TiAlN，及综合性能更好的TiAlCN通用涂层和DLC、W/C减摩涂层，而且通过对涂层结构的创新，开发了纳米、多层结构，大幅度提高了涂层硬度和韧性。

PVD涂层技术的新进展，向我们展示了涂层技术对提高刀具性能的巨大潜力和独特的优势：

可以通过对涂层工艺参数控制和靶材、反应气体的调整不断开发出新的涂层，以满足加工多样性的需要，是提高和改善刀具性能一项又快又好的技术，有着十分广阔的应用前景。

刀具结构的创新改变了传统标准刀具千篇一律的面貌和单一的功能。

第三章铣刀的分类和应用

3.1铣刀按材料来分：

①高速钢刀具　

高速钢是一种加入了较多的碳、钨、钼、铬、钒、钴等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。

高速钢通常是型坯材料，韧性较硬质合金好，硬度、耐磨性和红硬性较硬质合金差，不适于切削硬度较高的材料，也不适于进行高速切削。

一般选择原则如下；1）一般钢材的切削加工可采用钨系或钨钼系通用高速钢。

2）在加工高强度合金钢、不锈钢、高温合金以及低速切削钛合金时，可采用钨系或钼系高钒高速钢。

3）加工高性能高温合金、铸造高温合金、钛合金及超高强度钢时，可用钨钼系高碳低钒含铝高速钢或钨钼系高碳低钒高钴高速钢。

高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适于各种特殊需要的非标准刀具。

②硬质合金刀具　

硬质合金是以高硬度、难溶金属的碳化物（Wc、Tic）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或钼（Mo）为粘合剂，在真空炉中烧结而成的粉末冶金制品。

其常温硬度可达78-82HRC，能耐850-1000°C的高温，但其冲击硬度与抗弯强度比高速钢差很多。

硬质合金铣刀切削性能优异，在数控铣削中被广泛使用。

硬质合金刀片有标准规格系列产品，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。

随着近年来材料飞速进步以及多样化的发展趋势，ISO又开发出以材料的切削性能为基准的新分类方法来处理新型材料，将材料分为P、M、K、H、S、N六个系列，并确定与之适应的硬质合金材料选用标准。

P类——适于加工钢、长屑可锻铸铁（相当于我国的YT类）

M类——适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等（相当于我国的YW类）

M-S类——适于加工耐热合金和钛合金

K类——适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金（相当于我国的YG类）

K-N类——适于加工铝、非铁合金

K-H类——适于加工淬硬材料

③陶瓷刀具

陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早，但由于其脆性，发展很慢。

但自上世纪70年代以后，还是得到了比较快的发展。

陶瓷刀具材料大致可以分为四种；氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、氮化硅氧化铝复合陶瓷、金属陶瓷。

陶瓷作为刀具，具有成本低、硬度高、耐磨性、耐高温性能好等优点，有很好的前景。

因为陶瓷刀具材料的特性，在应用时，必须考虑以下问题；1）对机床的要求在实践中证明，适用于陶瓷刀具加工的机床必须具有良好的刚性、足够的功率和高的转数。

2）对被加工零件的要求对于那些硬度高而形状不规则的工件毛坯，应注意必须先倒角后再用陶瓷刀具切削。

3）合理选择切削用量被吃刀量、进给量、切削速度的选择。

④立方氮化硼刀具

立方氮化硼刀具材料包括聚晶立方氮化硼（CBN）和CVD立方氮化硼涂层两种。

立方氮化硼硬度仅次于金刚石，与黑色金属无亲和力，但是，PCBN不适于切削一般的钢件。

PCBN刀具材料特性如下：

具有很高的硬度和耐磨性、热稳定性、化学稳定性、导热性、较好的摩擦因数。

⑤金刚石刀具

金刚石刀具材料包括天然和人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石及其复合片、CVD金刚石三种。

金刚石与黑色金属在加工中会发生化学磨损，所以，金刚石不能加工黑色金属，只能用于有色金属和非金属材料。

金刚石刀具材料的主要特性如下：

1）具有非常好的硬度。

PCD的硬度为8000HV；2）具有良好的导热性能。

3）摩擦系数小。

4）热胀系数小。

5）金属活跃性低。

3.2按铣刀的结构分：

1）整体式:

刀体和刀齿制成一体。

2）整体焊齿式：

刀齿用硬质合金或其他耐磨刀具材料制成,并钎焊在刀体上。

3）减振式：

当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。

4）内冷式：

切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部。

5）镶齿式:

刀齿用机械夹固的方法紧固在刀体上。

这种可换的刀齿可以是整体刀具材料的刀头,也可以是焊接刀具材料的刀头。

刀头装在刀体上刃磨的铣刀称为体内刃磨式；刀头在夹具上单独刃磨的称为体外刃磨式。

有可转位式和不可转位刀具，这种结构已广泛用于面铣刀、立铣刀和三面刃铣刀。

6）特殊型式：

特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。

3.3按铣刀结构形式不同可分为

1．面铣刀（也叫端铣刀）：

面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。

面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。

主要用于进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣。

2．立铣刀：

立铣刀的圆柱表面端面上都有切削刃，它们可以同时切削，也可单独切削。

立铣刀的主切削刃是圆拄面上,端面上的的切削刃是副刀刃。

立铣刀直径为2-50毫米，可分为粗齿与细齿两种。

直径2-20为直柄范围，直径14-50为锥柄范围。

材料主要为高速钢和硬质合金。

注意，因为立铣刀的端面中间有凹槽，所以不能做Z轴向进给。

立铣刀分：

三刃铣刀、多刃立铣刀、球头立铣刀。

3．键槽铣刀：

用于铣削键槽。

它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延伸至中心，加工时先Z轴向进给到槽深，然后沿键槽方向铣出全长。

主要用于铣削键槽，圆弧槽等。

4．成形铣刀：

切削刃与待加工面形状一致，一般都是为特定的工件专门设计制造的。

5．模具铣刀：

模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。

它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。

铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造。

还有些通用铣刀，但以为主轴锥孔有别，必须配制过渡套和拉钉。

3.4铣刀按用途区分：

1圆柱形铣刀：

用于卧式铣床上加工平面。

刀齿分布在铣刀的圆周上，按齿形分为直齿和螺旋齿两种。

按齿数分粗齿和细齿两种。

螺旋齿粗齿铣刀齿数少，刀齿强度高，容屑空间大，适用于粗加工；细齿铣刀适用于精加工。

2面铣刀：

用于立式铣床、端面铣床或龙门铣床上加工平面,端面和圆周上均有刀齿,也有粗齿和细齿之分。

其结构有整体式、镶齿式和可转位式3种。

3立铣刀：

用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周和端面上，工作时不能沿轴向进给。

当立铣刀上有通过中心的端齿时,可轴向进给。

4T型槽铣刀：

T型槽铣刀可以分为锥柄T型槽铣刀和直柄T型槽铣刀。

用于加工各种机械台面或其它构体上的T形槽。

特点及精度：

是加工T型槽的专用工具，直槽铣出后，可一次铣出精度达到要求的T型槽，铣刀端刃有合适的切削角度，刀齿按斜齿、错齿设计，切削平稳、切削力小。

T型槽铣刀规格描述：

T型槽铣刀一般从以下几个方面来描述它的型号：

圆盘和齿部直径（外径），圆盘厚度（刃部长度），齿数（刃数），柄部直径（柄径），全长。

5角度铣刀:

用于铣削成一定角度的沟槽，有单角和双角铣刀两种。

6锯片铣刀：

用于加工深槽和切断工件，其圆周上有较多的刀齿。

为了减少铣切时的摩擦,刀齿两侧有15′~1°的副偏角。

此外,还有键槽铣刀、燕尾槽铣刀、T形槽铣刀和各种成形铣刀。

7成型铣刀：

包括倒角刀、T形铣刀或叫鼓形刀，齿形刀，内R刀。

8三面刃铣刀:

用于加工各种沟槽和台阶面,其两侧面和圆周上均有刀齿。

3.5铣刀按齿背的加工方式分为两类：

①尖齿铣刀：

在后面上磨出一条窄的刃带以形成后角，由于切削角度合理，其寿命较高。

尖齿铣刀的齿背有直线、曲线和折线3种形式。

直线齿背常用于细齿的精加工铣刀。

曲线和折线齿背的刀齿强度较好，能承受较重的切削负荷，常用于粗齿铣刀。

②铲齿铣刀：

其后面用铲削（或铲磨）方法加工成阿基米德螺旋线的齿背，铣刀用钝后只须重磨前面，能保持原有齿形不变，用于制造齿轮铣刀等各种成形铣刀。

3.6了解铣刀和铣削方法：

了解铣刀：

了解铣刀就要先了解铣削知识。

在优化铣削效果时，铣刀的刀片是另一个重要因素，在任何一次铣削时如果同时参加切削的刀片数多于一个是优点，但同时参加切削的刀片数太多就是缺点，在切削时每一个切削刃不可能同时切削，所要求的功率和参加切削的切削刃多少有关，就切屑形成过程，切削刃负载以及加工结果来说，铣刀相对于工件的位置起到了重要作用。

在面铣时，用一把比切削宽度大约大30%的铣刀并且将铣刀位置在接近于工件的中心，那么切屑厚度变化不大。

在切入切出的切屑厚度比在中心切削时的切削厚度稍稍薄一些。

为了确保使用足够高的平均切屑厚度/每齿进给量，必须正确地确定适合于该工序的铣刀刀齿数。

铣刀的齿距是有效切削刃之间的距离。

可根据这个值将铣刀分为3个类型——密齿铣刀、疏齿铣刀、特密齿铣刀。

和铣削的切屑厚度有关的还有面铣刀的主偏角，主偏角是刀片主切削刃和工件表面之间的夹角，主要有45度、90度角和圆形刀片，切削力的方向变化随着主偏角的不同将发生很大的变化：

主偏角为90度的铣刀主要产生径向力，作用在进给方向，这意味着被加工表面将不承受过多的压力，对于铣削结构较弱的工件是比较可靠。

圆形刀片的铣刀意味着主偏角从0度到90度连续变化，这主要取决于切削深度。

这种刀片切削刃强度非常高，由于沿长切削刃方向产生的切屑比较薄，所以适合大的进给量，沿刀片径向切削力的方向在不断改变，而且在加工过程中所产生的压力将取决于切削深度。

现代刀片几何槽形的研制使圆形刀片具有平稳的切削效应、对机床功率需求较低、稳定性好等优点。

今天，它已不再是一种有效的粗铣刀，在面铣和立铣中都有广泛的应用。

铣削方式：

相对于工件的进给方向和铣刀的旋转方向有两种方式：

第一种是顺铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相同的，在开始切削时铣刀就咬住工件并切下最后的切屑。

第二种是逆铣，铣刀的旋转方向和切削的进给方向是相反的，铣刀在开始切削之前必须在工件上滑移一段，以切削厚度为零开始，到切削结束时切削厚度达到最大。

在三面刃铣刀、某些立铣或面铣时，切削力有不同方向。

面铣时，铣刀正好在工件的外侧，切削力的方向更应特别注意。

顺铣时，切削力将工件压向工作台，逆铣时切削力使工件离开工作台。

由于顺铣的切削效果最好，通常首选顺铣，只有当机床存在螺纹间隙问题或者有顺铣解决不了的问题时，才考虑逆铣。

在理想状况下，铣刀直径应比工件宽度大，铣刀轴心线应该始终和工件中心线稍微离开一些距离。

当刀具正对切削中心放置时，极易产生毛刺。

切削刃进入切削和退出切削时径向切削力的方向将不断变化，机床主轴就可能振动并损坏，刀片可能碎裂而加工表面将十分粗糙，铣刀稍微偏离中心，切削力方向将不再波动——铣刀将会获得一种预载荷。

我们可以把中心铣削比做在马路中心开车。

铣刀刀片每一次进入切削时，切削刃都要承受冲击载荷，载荷大小取决于切屑的横截面、工件材料和切削类型。

切入切出时，切削刃和工件之间是否能正确咬合是一个重要方向。

当铣刀轴心线完全位于工件宽度外侧时，在切入时的冲击力是由刀片最外侧的刀尖承受的，这将意味着最初的冲击载荷由刀具最敏感的部位承受。

铣刀最后也是以刀尖离开工件，也就是说刀片从开始切削到离开，切削力一直作用在最外侧的刀尖上，直到冲击力卸荷为止。

当铣刀的中心线正好位于工件边缘线上时，当切屑厚度达到最大时刀片脱离切削，在切入切出时冲击载荷达到最大。

当铣刀轴心线位于工件宽度之内时，切入时的最初冲击载荷沿切削刃由距离最敏感刀尖较远的部位承受，而且在退刀时刀片比较平稳的退出切削。

对于每一个刀片来说，当要退出切削时切削刃离开工件的方式是重要的。

接近退刀时剩余的材料可能使刀片间隙多少有所减少。

当切屑脱离工件时沿刀片前刀面将产生一个瞬时拉伸力并且在工件上常常产生毛刺。

这个拉伸力在危险情况下危及切屑刃安全。

当铣刀轴心线和工件边缘线重合或接近工件的边缘线时，情况将很严重。

达到较好铣削的总结：

1检查机床的功率和刚度，以保证所需要的铣刀直径能够在机床上使用。

2主轴上刀具的悬伸量尽可能达到最短，减小铣刀轴线与工件位置对冲击载荷的影响。

③采用适合于该工序的正确的铣刀齿距，以确保在切削时没有太多的刀片同时和工件啮合而引起振动，另一方面，在铣削狭窄工件或铣削型腔时要确保有足够的刀片和工件啮合。

④确保采用每刀片的进给量，以便在切屑足够厚时能获得正确的切削效果，从而减小刀具磨损。

采用正前角槽形的可转位刀片，从而获得平稳的切削效果以及最低的功率。

⑤选用适合于工件宽度的铣刀直径。

⑥选用正确的主偏角。

⑦正确的放置铣刀。

⑧仅仅在必要时使用切削液。

⑨遵循刀具保养及维修的规则，并且监控刀具磨损。

参考文献

【1】B按铣刀的结构分袁哲俊，刘华明。

金属切削刀具设计手册[M]。

北京：

机械工业出版社，2008.

【2】杨凤鸣，钟成明。

数控加工工艺装备[M]。

北京：

机械工业出版社，2008.

【3】赵鸿，于世超。

现代刀具与数控磨技削术[M]。

北京：

机械工业出版社，2009.7

【4】陈云.现代金属切削刀具实用技术[M]。

北京：

化学工业出版社，2008,7

致谢

通过这一阶段的努力，我的毕业论文《铣刀的分类和应用》终于完成了，这意味着大学生活即将结束。

在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。

在本论文的写作过程中，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍检查稿中的具体问题，严格把关，由于时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。

恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！

同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。

正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！