淺談銑削力對銑削加工的影響

陳俊超

摘 要：在銑削加工中，能否正確把握銑削力的作用和方向會對加工的過程及效果有正面或負(fù)面的影響。本文通過對銑削力的分析去最大限度消除這些不利因素，并提出改善措施。

關(guān)鍵詞：銑削加工; 銑削力; 分析; 措施

中圖分類號：TH17? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）7-079-002

銑削加工過程中的許多弊病，例如銑刀的折斷（俗稱打刀或崩刃）、銑削時(shí)的振動、工件出現(xiàn)松動等問題，很大一方面原因是由于銑削力對工件產(chǎn)生的作用所造成的。在銑削過程中，銑削力直接影響到切削熱的產(chǎn)生，并對刀具磨損、刀具耐用度、加工精度和工件已加工表面質(zhì)量均有影響。此外，因?yàn)殂娤髁Φ拇嬖?，對銑床、刀具、夾具、工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度都有一定的要求，故在生產(chǎn)和教學(xué)中，要求我們了解掌握銑削力的變化規(guī)律，對銑削力的大小和方向有正確的認(rèn)識。現(xiàn)結(jié)合生產(chǎn)和實(shí)習(xí)教學(xué)的實(shí)際情況，從銑削力的作用原理、銑刀的不同類型、普通銑床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、銑削方式和工件、刀具的裝夾方式等多個(gè)方面入手，粗淺地對上述問題進(jìn)行討論。

一、銑削力的產(chǎn)生

銑削過程中，時(shí)刻有一對大小相等，方向相反的力分別作用在銑刀和工件上。這個(gè)在銑削過程中產(chǎn)生的力我們稱為銑削力。研究銑削力，對弄清銑削機(jī)理和制定合理的銑削用量等具有非常重要的意義。銑削力的來源主要有三個(gè)方面：一是克服被加工材料對彈性變形的抗力;二是克服被加工材料對塑性變形的抗力;三是克服切削對前刀面的摩擦力和刀具后刀面對過渡表面與已加工表面之間的摩擦力。

二、影響銑削力的因素

1.工件材料對銑削力的影響

工件材料的強(qiáng)度、硬度愈高，則變形抗力愈大，雖然變影系數(shù)K有所下降，但總的銑削力還是增大的。強(qiáng)度、硬度相近的材料，其塑性愈大，則變形愈大，而且切屑和前刀面間的摩擦系數(shù)較大，故銑削力增大。韌性高的材料，銑削力也比較大。切削脆性金屬材料時(shí)，由于塑性變形很小，故銑削力較小。

2.鐵削用量對銑用力的影響

2.1銑削深度、銑削寬度及每齒進(jìn)給量這三個(gè)參數(shù)在銑削深度、銑削寬度及每齒進(jìn)給量都增大時(shí)，切削總面積增大而使銑削力增大，但這些參數(shù)因素對銑削力的影響程度各不相同。在保持切削面積不變的條件下，如果減小切削寬度，增大切削厚度，則銑削力要下降。也就是說切下寬而薄的切屑要比切下窄而厚的切屑費(fèi)力，原因是在切屑中滯流層的變形最嚴(yán)重，而寬而薄的切屑，在滯流層中所占的百分比比較大，這也是一條非常重要的切削力變化規(guī)律。在實(shí)際生產(chǎn)中，可以運(yùn)用這一規(guī)律，適當(dāng)減小銑削深度及增大銑削寬度和每齒進(jìn)給量，在保持銑削面積不變的條件下能降低銑削力。

2.2銑削速度。銑削速度對銑削力沒有顯著的影響。在銑削塑性金屬材料時(shí)，提高銑削速度雖然銑削力有些減小，但也不太明顯。

3.刀具對銑削力的影響

3.1前角。前角加大時(shí)，刃口愈鋒利，可加強(qiáng)切割作用，金屬容易被切開，同時(shí)前刀面推擠金屬表層的阻力減小，使切屑的變形和與前刀面的摩擦減小，因此銑削力降低。但在高速銑削時(shí)增大前角對減小銑削力的效果不大，故采用較小的前角甚至負(fù)前角。

3.2刃傾角（也稱螺旋角）。刃傾角對銑削力的影響不大。但改變?nèi)袃A角的方向和大小，能改變銑削力的方向。

3.3主偏角。主偏角增大可以縮短銑削寬度，而使銑削力稍有下降，但并不顯著。然而主偏角大小能改變軸向力的大小，主偏角愈大，軸向力愈小。

3.4銑刀直徑和齒數(shù)。加工過程中銑刀齒數(shù)增加時(shí)，同時(shí)參加切削的齒數(shù)必然增加。當(dāng)每齒進(jìn)給量不變時(shí)，切削面積隨切削齒數(shù)成正比例增加。所以銑削力增大;當(dāng)每分鐘進(jìn)給量不變時(shí)，減少齒數(shù)會使切削厚度增加，而使銑削力減小。銑刀直徑對銑削力影響極小。

3.5刀具磨損。鐵刀磨損后，刀刃變鈍，刀刃圓弧半徑顯著增大，銑削力會迅速增加。另外，銑刀在后刀面上可能形成后角等于零的情況，這時(shí)作用在后刀面上的正壓力和摩擦力都將增大，故銑削力也會增大。

4.切削液

以冷卻作用為主的水溶液，對銑削力影響不大，而對于潤滑作用強(qiáng)的油類切削液，由于它的潤滑作用，減小了刀具前刀面與切屑、后刀面與工件表面之間的摩擦，甚至還能減小切屑滯流層的變形，從而減小銑削力。

三、銑削力作用過程分析

1.作用在銑刀上的銑削力。銑削時(shí)，每個(gè)切削的刀齒都受到變形抗力和摩擦力的作用，每個(gè)刀齒的切削位置和切削面積隨時(shí)在變化，所以作用在每個(gè)刀齒上的銑削力大小和方向也在不斷的變化。為了方便起見，我們假定各刀齒上作用力的合力作用在刀齒上某一點(diǎn)，并分兩種情形討論，一是用端面銑刀銑削時(shí)，銑刀所受的總銑削抗力可以分解成三個(gè)互相垂直的分力，即切向銑削力，徑向銑削力，軸向銑削力。二是用圓柱形銑刀在臥式銑床上銑削時(shí)，銑刀所受的總銑削抗力也可以分解成沿切向、徑向和軸向三個(gè)互相垂直的分力。

1.1切向銑削力。切向銑削力是總銑削抗力沿著銑刀外圓切線方向上的分力，又稱圓周銑削力。切向銑削力作用在銑刀和刀軸上，除產(chǎn)生扭力距外，還要使刀軸產(chǎn)生彎曲。切向銑削力是計(jì)算其他方向銑削力和銑床功率的依據(jù)，也稱作主銑削力。

1.2徑向銑削力。徑向銑削力是銑削抗力沿著銑刀半徑方向上的分力。它作用在銑刀和刀軸上時(shí)，主要是使刀軸產(chǎn)生彎曲。因此，造成刀軸彎曲和促使銑刀產(chǎn)生跳動，是由切向銑削力和徑向銑削力的合力引起的。

1.3軸向銑削力。軸向銑削力是在用螺旋齒或斜刃銑刀銑削時(shí)產(chǎn)生的。端銑時(shí)還與主偏角有關(guān)。它是銑削抗力沿著銑刀軸心線方向的分力，其大小和方向與刀齒的螺旋角大小、方向及主偏角的大小有關(guān)。它作用在銑刀和刀軸上時(shí)，有可能使銑刀和刀軸沿軸向移動。因此，最好使銑刀所受的軸向銑削力指向銑床主軸的方向。

2.作用在工件上的銑削力。銑刀在受到工件的銑削抗力的同時(shí)，銑刀對工件有一個(gè)反作用力，這個(gè)作用力稱為總銑削力。總銑削力可以分解為縱向、橫向和垂直三個(gè)方向的銑削分力，即縱向銑削力、橫向銑削力、垂直銑削力。

2.1在臥式銑床上進(jìn)行圓周銑削時(shí)，銑削力作用在工件上的三個(gè)分力大小的方向和作用情況與圓柱形銑刀螺旋角大小、方向、旋向及銑削方式（順銑和逆銑）等有關(guān)。

2.2在立式銑床上進(jìn)行端銑時(shí)，工件上所受力中的縱向切削力與用圓柱銑刀在臥式銑床上銑削時(shí)的作用情況相同，而垂直銑削力是由銑刀上的軸向銑削力引起的。在端銑時(shí)影響垂直銑削力的主要因素是主偏角和刃傾角。由主偏角產(chǎn)生的垂直銑削力始終向下，其大小隨主偏角的增大而減小。銑刀的刃傾角為正值時(shí)，垂直銑削力向下（軸向銑削力向上）;刃傾角為負(fù)值時(shí)，垂直銑削力向上。當(dāng)主偏角較小，并且產(chǎn)生的垂直銑削力大于由刃傾角產(chǎn)生的垂直銑削力時(shí)則總的垂直銑削力向下，方向不變。當(dāng)主偏角很大時(shí)，若用負(fù)的刃傾角銑刀切削，則垂直銑削力很可能向上。向上的垂直銑削力有把工件向上拉的趨勢，在加工薄型工件和細(xì)長工件時(shí)，會影響加工面的平面度，甚至使工件中部的厚度銑得太小。但由于刃傾角的絕對值一般都不很大，故垂直銑削力也不是很大，因此在銑削較厚的工件時(shí)，可不考慮垂直銑削力的作用。

3.用立銑刀、鍵槽銑刀進(jìn)行銑削時(shí)，要時(shí)刻掌握好銑削力的作用方向，否則會出現(xiàn)銑刀折斷或影響加工精度的現(xiàn)象。例如，在立式銑床上用立銑刀加工一個(gè)帶直角通槽的長方體工件。銑削時(shí)，先移動工作臺使工件右側(cè)面與旋轉(zhuǎn)的立銑刀相切，再使工作臺和工件一起向右移動一個(gè)距離，然后用橫向進(jìn)給對工件向外進(jìn)行銑削。可以看出，此時(shí)縱向銑削力的方向是向右的，與工作臺移動方向相同，隨著銑削用量的增加縱向銑削力也增大，當(dāng)縱向銑削力大于工作臺導(dǎo)軌間的摩擦力時(shí)，工作臺就會被拉動，導(dǎo)致工件加工尺寸不準(zhǔn)確，嚴(yán)重時(shí)可以折斷立銑刀。為了避免這種情況，可以使立銑刀與工件左側(cè)相切，再把工作臺連同工件向左移動一個(gè)合適的距離，再用橫向進(jìn)給向外進(jìn)行銑削，這時(shí)縱向銑削力的方向仍然向右，與工作臺移動方向相反，便不會拉動工作臺，能使銑削過程平穩(wěn)。又例如在立式銑床上用立銑刀加工一個(gè)“冂”型直角溝槽時(shí)，按照上面例子中的裝夾對刀的銑削方法，要特別注意有兩段直角溝槽銑削時(shí)需要避免上述銑刀可能折斷的情況。

綜上所述，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，為避免因銑削力的作用所造成的不利影響，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)并提出相應(yīng)的改善措施：

1.銑刀安裝時(shí)，為了減小銑刀的“讓刀”和振動，要增強(qiáng)安裝銑刀的剛度。必須使刀柄錐體與銑床主軸錐孔配合緊密、良好;在條件允許下，盡可能用較粗較短的刀柄;對于盤形銑刀和圓柱形帶孔銑刀，在安裝時(shí)應(yīng)盡量使銑刀靠近機(jī)床主軸錐孔端部。

2.要合理地調(diào)整主軸軸承及工作臺導(dǎo)軌的間隙，避免在銑削力的作用下，造成主軸及工作臺的晃動，從而引起振動。對銑削中不移動的工作臺導(dǎo)軌最好事先予以緊固。

3.工件或夾具安裝時(shí)要緊固可靠，夾具和工作臺之間最好要配置定位鍵。并盡可能在水平分力作用的方向上，對工件設(shè)置輔助支承，防止工件或夾具發(fā)生移動。

4.對帶柄銑刀，銑夾頭要裝夾得非常牢固，以免受軸向銑削力作用而使銑刀發(fā)生軸向移動。

5.在立式銑床上用立銑刀或鍵槽銑刀加工時(shí)，要注意必須使銑削力的方向與工作臺移動方向相反，如果出現(xiàn)相同方向的情況，應(yīng)將相應(yīng)的工作臺手輪反搖一個(gè)空行程后，再進(jìn)行銑削。通常用手輪反轉(zhuǎn)來避免工作臺被拉動的方法稱為手輪反搖法。

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