如何实施铣削操作：周铣和端铣对比分析

一、相关知识

平面铣削是铣工基本的工作内容，也是进一步掌握铣削其他各种复杂表面的基础。

在各个方向上都成直线的面称为平面。平面是机械零件的基本表面之一。平面铣削的技术要求包括平面度和表面粗糙度，还常包括相关毛坯面加工余量的尺寸要求。

1.铣平面用铣刀的类型

铣平面用铣刀如图3-16所示，常用的有圆柱铣刀、套式面铣刀和机夹式面铣刀。

图3－16　铣平面用铣刀

(a)圆柱铣刀；(b)套式面铣刀；(c)机夹式面铣刀

2.铣刀的选择和安装

1)铣刀直径和宽度的选择

用圆柱铣刀铣平面时，所选择的铣刀宽度应等于被加工工件表面宽度的1.2～1.5倍，这样可以在一次进给中铣出整个加工表面，如图3-17所示。

图3－17　铣刀宽度与工件宽度

一般情况下，尽可能选用较小直径规格的铣刀。因为铣刀的直径大，则铣削力矩增大，易造成铣削振动，而且铣刀的切入长度增加，会使铣削效率下降。面铣刀直径的选择可参照下式选择:d0＝(1.4-1.6)ae，见表3-3。

表3－3　面铣刀直径的选择mm

2)铣刀齿数的选择

硬质合金面铣刀的齿数有粗齿、中齿和细齿之分，见表3-4。粗齿面铣刀适用于钢件的粗铣；中齿面铣刀适用于铣削带有断续表面的铸铁件或对钢件的连续表面进行粗铣或精铣；细齿面铣刀适用于机床功率足够的情况下对铸铁进行粗铣或精铣。

表3－4　硬质合金面铣刀的齿数选择

用圆柱铣刀铣平面时，可在卧式铣床上铣削，如图3-18所示。

图3－18　用圆柱铣刀铣平面

3)铣刀的安装

为了增加铣刀切削时的刚性，应尽量靠近床身安装铣刀，同时，也应尽量靠近铣刀安装挂架。由于铣刀的前刀面形成切屑，铣刀应向前刀面的方向旋转切削工件，否则会因刀具不能正常切削而崩刃。

切除的工件余量不大或切削的表面宽度不大时，铣刀的旋转方向应与刀轴紧刀螺母的旋紧方向相反，即从挂架端观察，无论使用左旋铣刀还是右旋铣刀，都使铣刀按逆时针方向旋转切削工件，如图3-19所示。

图3－19　轴向力指向铣床主轴

(a)右旋铣刀顺时针旋转；(b)左旋铣刀逆时针旋转

切除的工件余量较大、切削的表面较宽或切削的工件材料硬度较高时，应在铣刀和刀轴间安装定位键，防止铣刀在切削中发生松动，如图3-20所示。

为了克服进给力的影响，从挂架一端观察，使用右旋铣刀时，应使铣刀按顺时针方向旋转铣削工件，如图3-19(a)所示；使用左旋铣刀时，应使铣刀按逆时针方向旋转铣削工件，如图3-19(b)所示，这样可使进给力指向铣床主轴，增加铣削工作的平稳性。

图3－20　在铣刀和刀轴间安装定位键

3.周边铣削与端面铣削

1)周边铣削

如图3-21所示，周边铣削又称圆周铣削，简称周铣，是指用铣刀的圆周切削刃进行的铣削。铣削平面利用的是分布在圆柱面上的切削刃，用周铣法加工而成的平面，其平面度和表面粗糙度主要取决于铣刀的圆柱度和铣刀刃口的修磨质量。

2)端面铣削

端面铣削如图3-22所示，简称端铣，是指用铣刀端面上的切削刃进行的铣削。铣削平面利用的是铣刀端面上的刀尖(或端面修光切削刃)，用端铣法加工而成的平面，其平面度和表面粗糙度主要取决于铣床主轴的轴线与进给方向的垂直度和铣刀刀尖部分的刃磨质量。

图3－21　周边铣削

图3－22　端面铣削

3)周铣和端铣的对比

表3-5对周边铣削和端面铣削的特点进行了对比分析。

表3－5　周边铣削和端面铣削的对比

续表

4.顺铣和逆铣

按铣刀旋转方向和工作台进给方向配合形式的不同，铣削可以分为顺铣和逆铣两种基本形式。

1)周铣法的顺铣和逆铣

用铣刀的圆周切削刃进行铣削叫作周铣。铣刀旋转方向和工作台进给方向相同时的铣削叫顺铣，反之叫逆铣，如图3-23(a)所示。

图3－23　顺铣和逆铣

(a)周铣法的顺铣和逆铣；(b)端面法的顺铣和逆铣

周铣法的顺铣和逆铣比较见表3-6。

表3－6　周铣法的顺铣和逆铣比较

2)端铣法的顺铣和逆铣

用铣刀的端面切削刃对着铣削宽度的铣削叫作端铣。端铣中，铣刀轴线和工件宽度中线重合的叫对称铣削，不重合的叫不对称铣削。端铣时，顺铣和逆铣同时存在，切出部分为顺铣，切入部分为逆铣。切出部分大于切入部分的不对称铣削叫作顺铣，反之称为逆铣，如图3-23(b)所示。端铣法的顺铣和逆铣的比较如下:

(1)端铣法做不对称逆铣时，切屑厚度从薄到厚，刀齿不会在工件加工表面滑移，不存在周铣法逆铣时的问题。

(2)端铣法做不对称顺铣时，丝杠亦会发生窜动，拉动工件台，一般不予应用。

(3)端铣法做对称铣削时，作用在工作台横向进给方向上的分力较大，会把工作台横向拉动。所以，在铣削前应紧固横向工作台，并且最好用于加工短而宽或较厚的工件，不宜加工狭长或较薄的工件。

用端铣法做顺铣时的优点是:切削刃在切离工件时较薄，所以切屑容易去掉，切削刃切入时切屑较厚，不致在冷硬层中挤刮，尤其对容易产生冷硬现象的材料，如不锈钢，则更为明显。

5.对称铣削与不对称铣削

工件的中心处于铣刀中心时称为对称铣削，如图3-24(a)所示。对称铣削时，一半为顺铣，另一半为逆铣。

当工件的加工表面宽度较宽，接近于铣刀直径时，应采用对称铣削。工件的中心偏在铣刀中心的一侧时称为不对称铣削。不对称铣削也有顺铣和逆铣的区别。大部分为顺铣，少部分为逆铣，则称为顺铣，如图3-24(b)所示；大部分为逆铣，少部分为顺铣，则称为逆铣，如图3-24(c)所示。铣平面时，应尽量采用不对称逆铣，以减少铣削中工件的窜动。

图3－24　对称铣削与不对称铣削

(a)对称铣削；(b)不对称顺铣；(c)不对称逆铣

6.校正立铣头主轴轴线与工作台台面的垂直度

在X6132型铣床上安装万能立铣头，用面铣刀铣平面时，如果立铣头主轴轴线与工作台台面不垂直，用纵向进给铣削工件，则会铣出一个凹面(图3-25)，影响加工表面的平面度。

图3－25　在立式铣床上用面铣刀铣出凹面

除此之外，在铣削沟槽、斜面等其他零件时，也会产生斜面不准、沟槽底面不平或倾斜等现象。因此，立铣头安装后，应校正立铣头主轴轴线与工作台台面的垂直度。校正的方法有以下两种:

1)用直角尺和锥度心轴进行找正

找正时，取一锥度与立铣头主轴锥孔锥度相同的心轴，插入立铣头主轴锥孔。轻轻用力将心轴的锥柄插入立铣头主轴锥孔，将直角尺的尺座底面贴在工作台台面上，使直角尺的外侧面靠向心轴的圆柱部分，用肉眼观察直角尺外侧面与心轴圆柱面是否密合，确定立铣头主轴轴线是否与工作台台面垂直。检测时，应松开铣头壳体和主轴座体的紧固螺母，使直角尺的尺座分别在与纵向工作台行程方向平行和垂直的两个方向检测，如图3-26所示。(www.xing528.com)

2)用百分表进行找正

找正时，将百分表的表杆通过心轴夹持在立铣头主轴上，然后安装百分表，使表的测量触点与工作台台面接触，活动测量杆压缩0.3～0.4 mm，记下表的读数，将立铣头主轴回转一周，观察表的指针在300 mm回转范围以内的变化情况，再适当调整立铣头主轴的位置，使百分表回转一周以内的读数一致，立铣头主轴就与工作台台面垂直了。

图3－26　用直角尺校正立铣头主轴轴线与工作台台面垂直

(a)将心轴插入立铣头主轴锥孔；(b)与纵向进给方向平行检测；(c)与纵向进给方向垂直检测

7.切削液的作用

切削时会产生切削热，使刀具和工件接触处温度升高，磨损加剧。使用切削液能显著延长刀具的寿命和提高加工质量，并能降低切削力和提高生产率。

1)冷却作用

切削液能将已产生的切削热从切削区域迅速带走，使切削温度降低，保持刀具的耐用度。

2)润滑作用

切削液能在刀具的前、后刀面上形成一层润滑薄膜，减少刀具和工件表面的直接接触，减轻摩擦和黏结现象。

3)清洗作用

切削液流动能将切屑和金属粉尘等及时带走，防止细碎的切网及砂粒粉末等污物附着在工件、刀具和机床工作台上，以免影响工件表面质量、机床精度和刀具寿命。

4)防锈作用

切削液能使机床、工件、刀具不受周围介质(如空气、水分、手汗等)的腐蚀，起到一定的防锈作用。防锈作用的好坏，取决于切削液本身的性能和加入的防锈添加剂。

8.切削液的种类

切削液要求对人体健康无害，对机床无腐蚀作用，不易燃，吸热量大，润滑性能好，不易变质，价格低廉，这样才能得到大量使用。切削液按性质可分为三大类。

1)水溶液

水溶液的主要成分是水。它的流动性、比热、导热系数、汽化热等均较好，冷却性能很好，价格低，但对金属有腐蚀作用，往往加入水溶性防锈添加剂，应用较广泛。

2)乳化液

乳化液是将乳化油用水稀释而成。它具有良好的冷却性能，但润滑、防锈性能较差，使用时常加入一定量的防锈添加剂和极压添加剂。

3)切削油

切削油的主要成分是矿物油(柴油和全损耗系统用油等)，比热容低，流动性差，润滑性能好，适用于轻负荷精加工。使用时，可加入油性防锈添加剂以提高其防锈和润滑性能。

9.切削液的选用

切削液的选用，主要应根据工件材料、刀具材料和加工性质来确定。

粗加工时，由于切削量大，切削热量大，切削区域温度易升高，而且对加工质量要求不高，应选用以冷却为主，并具有一定润滑、清洗和防锈作用的切削液，如水溶液和乳化液等。精加工时，切削量少，切削热量也较小，对工件表面质量要求高，应选用以润滑为主，并具有一定冷却作用的切削液，如切削油。在铣削铸铁等脆性金属时，因为它们的切屑呈细小颗粒状且与切削液混在一起，容易黏结和堵塞刀、工件、工作台、导轨及管道，从而影响铣刀的切削性能和工件表面的加工质量，所以一般不加切削液。在用硬质合金铣刀进行高速切削时，由于刀具耐热性能好，故也可不用切削液。

在使用切削液时，还应注意以下几点:

(1)切削液要足够，保证铣刀充分冷却，尤其是在铣削速度较高和粗加工时，更为重要。

(2)铣削开始就应立即加注切削液，不要等到铣刀发热后再冲注，否则会使铣刀过早磨损，加工质量也不易得到保证。

(3)切削液应冲注在切屑从工件上分离下来的部位，即冲注在热量最大、温度最高的地方。

(4)应注意检查切削液的质量，尤其是乳化液。使用变质的切削液常常不能达到预期的效果。

二、工作步骤

1.任务分配

每人10件毛坯，按任务图纸要求进行平面铣削，单件加工时间为6 min。

2.工件加工步骤

1)对照图样检查毛坯

(1)目测检测坯件的形状和表面质量。如各表面之间是否基本平行、垂直，表面是否有无法通过铣削加工的凹陷、硬点等。

(2)用钢直尺检验坯件的尺寸，并结合各毛坯面的垂直和平行情况，测量最短的尺寸以检验坯件是否有加工余量。

2)安装机用虎钳

(1)安装前，将机用虎钳的底面与工作台面擦干净，若有毛刺、凸起，应用磨石修磨平整。

(2)检查虎钳底部的定位键是否紧固，定位键、定位面是否在同一方向安装。

(3)将虎钳安装在工作台中间的T形槽内，钳口位置居中，并用手拉动虎钳底盘，使定位键向T形槽直槽一侧贴合。

(4)用T形螺栓将机用虎钳压紧在工作台面上。

3)装夹和找正工件

工件下面加垫长度大于65 mm，宽度小于125 mm的平行垫块，其高度应保证工件上平面高于钳口10 mm。粗铣时在整块和钳口处衬垫铜片。工件夹紧以后，用锤子轻轻敲击工件，并拉动垫块检查下平面是否与垫块贴合。

4)安装铣刀

安装圆柱铣刀的步骤详见本节“相关知识”中的“2.铣刀的选择和安装”。

5)对刀和粗铣平面

(1)启动主轴，调整工作台，使铣刀处于工件上方，对刀时不必擦到毛坯表面，因毛坯表面的氧化层会损坏铣刀切削刃。

(2)纵向退刀后。按粗铣背吃刀量2.5 mm上升工作台，用逆铣方式粗铣平面。粗铣参数:进给速度vf＝60～75 mm/min，主轴转速n＝95～118 r/min，背吃刀量ap＝2 mm。

6)预检

(1)用刀口形直尺预检工件表面的平面度。

(2)用游标卡尺或千分尺测量尺寸的实际余量，这里只有一个平面，就不用测量尺寸了。

(3)换装细齿圆柱铣刀，调整主轴转速和进给量。

(4)精铣一平面，吃刀量为0.3 mm，用刀口形直尺预检精铣后表面的平面度，以确定铣刀的切削刃刃磨质量及圆柱度误差。

用刀口形直尺测量时，沿刀具轴线方向测得的误差主要是由圆柱铣刀刃口质量和圆柱度误差引起的。若精铣平面的平面度未达到0.20 mm的要求，应更换铣刀。

7)精铣表面

按粗铣的步骤精铣表面，进给速度vf＝75 mm/min，主轴转速n＝150 r/min，背吃刀量ap＝0.5 mm。

3.平面的检测

(1)平面的表面粗糙度检验。用标准的表面粗糙度样块对比检验，或凭经验用眼观察得出结论。

(2)平面的平面度检测。用刀口尺检验平面的平面度。观察刀口与工件平面间的缝隙大小，或用塞尺塞入缝隙确定。检测时，移动尺子，分别在工件的纵向、横向、对角线方向进行检测，最后测出整个平面的平面度误差。工件尺寸可用游标卡尺测量。