第四节 铣削过程及铣削加工的范围

一、铣工的工作内容

机械零件一般都是由毛坯通过各种不同的加工方法而达成所需形状和尺寸的。铣削加工是常用的切削加工方法之一。

所谓铣削，就是以铣刀旋转作为主运动，工件或铣刀做进给运动的切削加工方法，铣削过程中的进给运动可以是直线运动，也可以是曲线运动，因此，铣削的加工范围比较广，生产效率和加工精度也较高。铣工的工作内容如图1-22所示。

二、铣削过程

铣刀是一种多刃刀具，同时工作的齿数较多，可以采用阶梯铣削，也可采用高速铣削，故生产率较高。铣削过程是一个断续切削的过程，刀齿切入、切出工件的瞬时，要产生冲击和振动，当振动频率与机床固有频率一致时，振动会加剧，造成刀齿崩刃，甚至损坏机床零部件。另外，由于铣削厚度周期性的变化而导致铣削力变化，也会引起振动，因此对铣床和刀杆的刚性及刀齿强度的要求都比较高。刀齿参加切削的时间短，虽然有利于刀齿的散热和冷却，但周期性的热变形又会引起切削刃的热疲劳裂纹，甚至造成刀齿剥落或崩刃。铣削过程见表1-26。

三、铣削（数控铣削）方式

铣削是铣刀旋转做主运动，工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。数控铣削是一种应用非常广泛的数控切削加工方法，能完成数控铣削加工的设备主要是数控铣床和加工中心。

与数控车削比较，数控铣削有如下特点：

① 多刃切削 铣刀同时有多个刀齿参加切削，生产效率高。

② 断续切削 铣削时刀齿依次切入和切出工件，易引起周期性的冲击振动。

③ 半封闭切削 铣削的刀齿多，每个刀齿的容屑空间小，呈半封闭状态，容屑和排屑条件差。

另外，铣削加工时，还存在周铣与面铣、顺铣与逆铣等加工方式的选择。

（1）周铣与面铣

铣刀对平面的加工，有周铣与面铣两种方式，如图1-28所示。周铣平面时，平面度主要取决于铣刀的圆柱素线的直线度。因此，在精铣平面时，铣刀的圆柱度一定要高。用面铣的方法铣出的平面，其平面度主要取决于铣床主轴轴线与进给方向的垂直度。同样是平面加工，方法不同，影响质量的因素也不同。因此，有必要对周铣与面铣进行比较。

① 面铣用的面铣刀装夹刚性较好，铣削时振动较小。而周铣用的圆柱铣刀刀杆较长、直径较小、刚性较差，容易产生弯曲变形和引起振动。

② 面铣时同时工作的刀齿数比周铣时多，工作较平稳。这时因为面铣时刀齿在铣削层宽度的范围内工作。而周铣时刀齿仅在铣削层侧向深度的范围内工作。一般情况下，铣削层宽度比铣削层深度要大得多，所以面铣的面铣刀和工件的接触面较大，同时工作的刀齿数也多，铣削力波动小。而在周铣时，为了减小振动，可选用大螺旋角铣刀来弥补这一缺点。

③ 面铣用面铣刀切削，其刀齿的主、副切削刃同时工作，由主切削刃切去大部分余量，副切削刃则可起到修光作用，铣刀齿刃负荷分配也较合理，铣刀使用寿命较长，且加工表面的表面粗糙度值也比较小。而周铣时，只有圆周上的主切削刃在工作，不但无法消除加工表面的残留面积，而且铣刀装夹后的径向圆跳动也会反映到加工工件的表面上。

④ 面铣时选用的面铣刀便于镶装硬质合金刀片进行高速铣削和阶梯铣削，生产效率高，铣削表面质量也比较好。而周铣用的圆柱铣刀镶装硬质合金刀片则比较困难。

⑤ 精铣削宽度较大的工件时，周铣用的圆柱铣刀一般都要接刀铣削，工件表面会残留有接刀痕迹。而面铣时，则可用较大的盘形铣刀一次铣出工件的全宽度，工件无接刀痕迹。

⑥ 周铣用的圆柱铣刀可采用较大的刃倾角，以充分发挥刃倾角在铣削过程中的作用，对铣削难加工材料（如不锈钢、耐热合金等）有一定的效果。

综上所述，一般情况下，铣平面时，面铣的生产效率和铣削质量都比周铣高，所以，应尽量采用面铣铣平面。而铣削韧性很大的不锈钢等材料时，可以考虑采用大螺旋角铣刀进行周铣。总之，在选择周铣与面铣这两种铣削方式时，一定要根据当时的铣床和铣刀条件、被铣削加工工件结构特征和质量要求等因素进行综合考虑。

（2）顺铣与逆铣

在周铣时，因为工件与铣刀的相对运动不同，就会有顺铣和逆铣。周铣时的顺铣与逆铣如图1-29所示，二者之间有所差异。顺铣与逆铣的比较如下。

① 顺铣 顺铣时切削处刀具的旋向与工件的送进方向一致，即刀具上的某点和工件上与之相切的那一点的进给速度方向一致。通俗地说，是刀齿追着工件“咬”，刀齿刚切入材料时切得厚，而脱离工件时则切得薄。顺铣时，作用在工件上的垂直铣削力始终是向下的，能起到压住工件的作用，对铣削加工有利，而且垂直铣削力的变化较小，故产生的振动也小，机床受冲击小，有利于减小工件加工表面的表面粗糙度值，从而得到较好的表面质量。同时顺铣也有利于排屑，数控铣削加工一般尽量用顺铣法加工。

② 逆铣 逆铣时切削处刀具的旋向与工件的送进方向相反，即刀具上的某点和工件上与之相切的那一点在进给速度方向不一致。通俗地说，是刀齿迎着工件“咬”，刀齿刚切入材料时切得薄，而脱离工件时则切得厚。这种方式机床受冲击较大，加工后的表面不如顺铣光洁，消耗在工件进给运动上的动力较大。由于铣刀切削刃在加工表面上要滑动一小段距离，切削刃容易磨损。但对于表面有硬皮的工件毛坯，顺铣时铣刀刀齿一开始就切削到硬皮，切削刃容易损坏，而逆铣时则无此问题。另外，机床进给系统的丝杠与螺母之间的间隙较大时，也推荐采用逆铣。

四、铣削（数控铣床）的加工对象

数控铣床是机械加工中最常用和最主要的数控加工机床之一，它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削需要二～五坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣床加工的主要对象有以下几类（表1-27）。

五、加工中心的加工对象

针对加工中心的工艺特点，加工中心适宜加工形状复杂、加工内容多、精度要求较高、需用多种类型的普通机床和众多工艺装备，且需经多次装夹和调整才能完成加工的零件。加工中心具有自动换刀装置，在一次装夹中，可以连续完成零件上平面的铣削，孔系的钻削、铰削、镗削、铣削及攻螺纹等多工步的加工。加工的部位可以在一个平面上，也可以在不同的平面上。五面体加工中心一次装夹可以完成除安装面外的所有侧面和顶面共计五个面的加工。因此，既有平面又有孔系的零件是加工中心的首选加工对象，这类零件常见的有箱体类零件和盘、套、板类零件。主要的加工对象有下列几种（表1-28）。