单元二 铣削加工 2.1 铣床 铣床按其工作特点分为：升降台式铣床、工作台不升降铣床、床身式铣床、龙门铣床、工具铣床、仿形铣床、专门化铣床（如凸轮铣床、曲轴铣床）等。 加工范围：平面、沟槽、键槽、T 形槽、V 形槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽，齿轮、链轮、花键轴、棘轮等成形表面，切断等。

（一）升降台铣床 1．卧式升降台铣床 2．卧式万能升降台铣床 3．万能回转头铣床 4．立式升降台铣床 （二）无升降台铣床 （三）龙门铣床 铣床的分类 （一）升降台铣床 1．卧式升降台铣床 2．卧式万能升降台铣床 3．万能回转头铣床 4．立式升降台铣床 （二）无升降台铣床 （三）龙门铣床

1．卧式升降台铣床 卧式升降台铣床的主轴是水平的，其外形及部件如图所示。

2．卧式万能升降台铣床 1）结构和功能 万能升降台属卧式升降台铣床，主要用于铣削平面、沟槽和成形表面。 在工作台和床鞍之间有一层回转盘，它可以相对铣床的主轴为水平布置，床鞍在水平面内调整±45°偏转，改变工作台的移动方向，从而可加工斜槽、螺旋槽等。 此外，还可换用立式铣头，插头等附件，扩大机床的加工范围。 2）主轴结构 铣床主轴用于安装铣刀带动其转动，由于铣削力是周期变化的，容易引起振动，因此要求主轴部件有较高的刚性及抗震性。

3．万能回转头铣床 万能回转头铣床与卧式升降台铣床的结构相似，在滑座2两端分别装上了电动机1和万能立铣头3，其铣头可任意方向偏转角度进行铣削加工。

4．立式升降台铣床 立式升降台铣床与卧式升降台铣床的最大区别为主轴是垂直布置的。立式升降台铣床的立铣头在垂直平面内可以向右或向左在±45范围内回转角度，以扩大工艺范围.

（二）无升降台铣床 这种铣床的工作台只能在固定的台座上作纵、横向移动（矩形工作台）或绕垂直轴线转动（圆形工作台），垂直方向的调整和进给运动由机床主轴箱完成。它的刚性和抗震性比升降台铣床好，适于采用较大的切削用量加工。图示为无升降台铣床的外形。 工作台不升降铣床一般为立式布局，工作台不作升降运动，机床的垂直进给运动由安装在立柱上的主轴箱作升降运动来实现。这种铣床由于工作台层次少，刚性好，适用于加工外形为中等或大尺寸的工件。 工作台不升降铣床根据工作台面的形状，可分为矩形工作台式和圆形工作台式两类。圆形工作台式通常工作台上安装几套夹具，工作台每转一个工位加工一个工件，装卸工件的辅助时间与加工时间重合，因而生产效率较高，适用于成批大量生产。

（三）龙门铣床 龙门铣床是一种大型高效通用铣床，主要用于加工各类大型工件上的平面、沟槽等。可以对工件进行粗铣、半精铣，也可以进行精铣。图示是龙门铣床的外形。龙门铣床可用多个铣头同时加工一个工件的几个面或同时加工几个工件，所以生产率很高，在成批和大量生产中得到广泛的应用。

2.2 铣刀 铣刀用于铣削加工的、具有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。铣刀是一种多刃回转刀具.铣削时同时参加切削的切削刃较长,且无空行程,Vc也较高,所以生产率较高. 1、铣刀的类型 （1）按用途不同，铣刀可分为圆柱铣刀、面铣刀、盘形铣刀、锯片铣刀、立铣刀、键槽铣刀、模具铣刀、角度铣刀、成形铣刀。 （2）按结构不同，铣刀可分为整体式、焊接式、装配式、可转位式。 （3）按齿背形式，铣刀可分为尖齿铣刀和铲齿铣刀。

（1）圆柱铣刀 圆柱铣刀的形状如图所示，可用于在卧式铣床上加工较窄平面。 圆柱铣刀有高速钢整体制造、镶焊硬质合金等。为提高铣削时的平稳性，以螺旋形的刀齿居多。该铣刀有两种类型：粗齿圆柱铣刀具有齿数少、刀齿强度高、容屑空间大、重磨次数多等特点，适用于粗加工；细齿圆柱铣刀齿数多、工作平稳，适用于精加工。

（2）面铣刀如图所示，小直径面铣刀用高速钢做成整体式，大直径的面铣刀是在刀体上装配焊接式硬质合金刀头，或采用机械夹固式可转位硬质合金刀片。硬质合金面铣刀适用于高速铣削平面。

（3）三面刃铣刀 三面刃铣刀除圆周表面具有主切削刃外，两侧面还具有副切削刃，从而改善了切削条件，提高了切削效率和降低了表面粗糙度数值。主要用于加工凹槽和阶台面。三面刃铣刀可分为直齿三面刃铣刀、错齿三面刃铣刀和镶齿三面刃铣刀，如图所示。

（2）锯片铣刀 如图所示为锯片铣刀，主要用于切断工件或在工件上铣窄槽。

（3）立铣刀 如图所示为立铣刀，相当于带柄的小直径圆柱铣刀，既可用于加工凹槽，也可加工平面、阶台面，利用靠模还可加工成形表面。立铣刀圆柱面上的切削刃是主切削刃，端面上的切削刃没有通过中心，是副切削刃。

（4）键槽铣刀 如图所示为键槽铣刀，主要用于加工轴上的键槽。图a所示的键槽铣刀的外形与立铣刀相似，不同的是它只有两个刀齿，端面切削刃延伸至中心，端面刀刃为主切削刃，圆周刀刃为副切削刃。图b所示的键槽铣刀用于在轴上加工半圆键槽。

（5）特种铣刀 如图所示为特种铣刀，主要角度铣刀、成形铣刀、T形槽铣刀、燕尾槽铣刀、指状铣刀等。

2.3 铣削夹具 一、铣削夹具的组成和应用 组成：定位元件、夹紧机构、对刀装置（对刀块与塞尺）、定位键、夹具体等。对刀装置用于调整机床时确定刀具和夹具的相对位置，定位键属于导向定位元件，用于确定夹具在机床上相对于进给运动方向的正确位置。 应用：铣削夹具不仅可以保证零件的加工精度，提高加工生产率，而且可以完成一些复杂表面和零件上特殊位置表面的加工，扩大铣床的工艺范围。在大批大量生产中，是必不可少的铣削加工工装设备，在中小批量的生产中，对于一些特殊的零件和特殊的表面加工也是非常重要的。例如应用专用的靠模夹具可以完成凸轮的廓线铣削和复杂型腔的铣削。

二、铣削夹具的类型 按进给方式不同铣床夹具可分为直线进给式、圆周进给式和靠模进给式三种类型。 1．直线进给式铣床夹具   这类铣床用得最多。夹具安装在铣床工作台上，加工中随工作台按直线进给方式运动。   根据工件质量、结构及生产批量，将夹具设计成单件多点、多件平行和多件连续依次夹紧的联动方式，有时还要采用分度机构，均为了提高生产效率。

多件加工的直线进给式铣床夹具 该夹具用于在小轴端面上铣一通槽。六个工件以外圆面在活动 V 形块 2 上定位，以一端面在支承钉 6 定位。活动 V 形块装在两根导向柱 7 上， V 形块之间用弹簧 3 分离。工件定位后，由薄膜式气缸 5 推动 V 形块 2 依次将工件夹紧。由对刀块 9 和定位键 8 来保证夹具与刀具和机床的相对位置。这类夹具生产率高，多用于生产批量较大的情况。 1 —小轴 2 —活动 V 形块 3 —弹簧 4 —夹紧元件 5 —薄膜式汽缸 6 —支承钉 7 —导向柱 8 —定位键 9 —对刀块

双向进给铣床夹具 如图所示是利用进给时间装卸工件的多工位直线进给式铣床夹具，在铣床工作台上装有两个相同的夹具 1 和 3 ，每个夹具都可以分别装夹 5 个工件，铣刀 2 安放在两个夹具中间位置。当工作台向左直线进给时，铣刀便可铣削装在夹具 3 中的工件，与此同时，操作者便可在夹具 1 中装卸工件。待夹具 3 中的工件加工完后，工作台快速退至中间位置，然后向右直线进给，铣削装在夹具 1 中的工件，这时操作者便可装卸夹具 3 中的工件，如此不断进行。这种双向进给铣床夹具使辅助时间与机动时间重合，提高了生产率。 1 、 3 —夹具 2- 铣刀 4 —铣床工作台

双工位回转铣削的铣床夹具

2．圆周进给式铣床夹具 圆周进给铣削方式在不停车的情况下装卸工件，一般是多工位。用在有回转工作台铣床上，依靠回转台的旋转将工件顺序送入铣床的加工区域，实现连续切削。在切削的同时，可在装卸区域装卸工件  这种夹具结构紧凑，操作方便，机动时间与辅助时间重叠，是高效铣床夹具，使用于大批量生产。

圆周进给式铣床夹具应用 夹具 2 依次装在圆台铣床工作台 1 的圆周上，工件直接装在工作夹具中。工作时工作台按箭头方向旋转，将夹具依次送入双轴铣头的切削区域。双轴铣头中一个是粗铣，一个是精铣，工件经粗、精铣削后便离开切削区域，于是操作者便可取下铣好的工件，另装待铣。 1 —工作台 2 —夹具

3.靠模铣床夹具 这种带有靠模的铣床夹具用在专用或通用铣床上加工各种非圆曲面。靠模的作用是使工件获得辅助运动，形成仿形运动。按主进给运动方式，靠模铣床夹具可分为直线进给和圆周进给两种。适用于中小规模的生产规模。

1 —工件 2 —靠模 3 —回转工作台 4 —滑座 5 —滚子 6- 铣刀 圆周进给靠模铣床夹具 圆周进给式靠模铣床夹具示意图。夹具装在回转工作台 3 上，回转工作台 3 装在滑座 4 上。滑座 4 受重锤或弹簧拉力 的作用使靠模 2 与滚子 5 保持紧密接触。滚子 5 与铣刀 6 不同轴，两轴相距为 k 。当转台带动工件回转时，滑座也带动工件沿导轨相对于刀具作径向辅助运动，从而加工出与靠模外形相仿的成形面。 1 —工件 2 —靠模 3 —回转工作台 4 —滑座 5 —滚子 6- 铣刀

直线进给式靠模铣夹具示意图 靠模 3 与工件 1 分别装在夹具上，夹具安装在铣床工作台上，滚子滑座 5 与铣刀滑座 6 两者连为一体，且保持两者轴线间的距离 k 不变。该滑座组合件在重锤或弹簧拉力 的作用下，使滚子 4 压紧在靠模上，铣刀 2 则保持与工件接触。当工作台作纵向直线进给时，滑座则得一横向辅助运动，使铣刀仿照靠模的轮廓在工件上铣出所需的形状。这种加工一般在靠模铣床上进行。 1 —工件 2 —铣刀 3 —靠模 4 —滚子 5 —滚子滑座 6 —铣刀滑座

三、铣削夹具设计 1、铣床夹具的结构特点 由于铣削加工切削用量及切削力较大，又是多刃断续切削，加工时易产生振动，因此设计铣床夹具时应注意：夹紧力要足够且反行程自锁；夹具的安装要准确可靠，即安装及加工时要正确使用定向键、对刀装置；夹具体要有足够的刚度和稳定性，结构要合理。 设计和布置定位元件时，应尽量使支承面大些，定位元件的两个支承之间要尽量远些。为提高夹具的刚性，在确保夹具足够的排屑空间前提下，应尽量降低夹具高度，注意施力方向和作用点的位置。

2、定向键设计 定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。 定向键也称定位键，安装在夹具底面的纵向槽中，一般用两个，安在一条直线上，其距离越远，导向精度越高，用螺钉紧固在夹具体上。   定向键通过与铣床工作台上的T形槽配合确定夹具在机床上的正确位置；还能承受部分切削扭矩，减轻夹紧螺栓的负荷，增加夹具的稳定性，因此平面夹具及有些专用钻镗床夹具也常使用。   定向键有矩形和圆形两种。  

常用的矩形定位键有 A型和 B 型两种结构型式。A 型定位键的宽度，按统一尺寸 B（ h6 或 h8 ）制作，适用于夹具定向精度要求不高的场合。 B型定位键的侧面开有沟槽，沟槽上部与夹具体的键槽配合，其宽度尺寸 B 按H7/h6 或Js6/h6与键槽配合；沟槽的下部宽度为 B1 ，与铣床工作台的 T 形槽配合。因为T型槽公差为 H8 或H7 ，故 B1一般按 h6 或h8 制造。为了提高夹具的定位精度，在制造定位键时，B1留有修磨量0.5mm ，以便与工作台T 型槽修配，达到较高的配合精度。

定向精度要求高或重型夹具不宜采用定向键，而是在夹具体上加工出一窄长面作为找正基面来校正夹具的安装位置。

3、对刀装置 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为3～5mm,制造公差h6。对刀块和塞尺均已标准化（设计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切入的一端。

对刀装置

  如图所示为常见几种铣刀的对刀装置，图 a 是高度对刀装置，用于对准铣刀的高度， 3 是标准圆形对刀块（ GB/T2240-91 ）；图 b 中 3 是直角对刀块（ GB/T2242- 91 ），用于对准铣刀的高度和水平方向位置；图 c 、 d 是成形刀具对刀装置；图 e 组合刀具对刀装置， 3 是方形对刀块（ GB/T2241-91 ），用于组合铣刀的垂直和水平方向对刀。

对刀时，铣刀不能与对刀块工作表面直接接触，以免损坏切削刃或造成对刀块过早磨损，应通过塞尺来校准它们之间的相对位置，即将塞尺放在刀具与对刀块的工作表面之间，凭抽动塞尺的松紧感觉来判断铣刀的位置。 图 9-81 所示是常用的两种标准塞尺结构，图 a 是对刀平塞尺 ；图 b 是对刀圆柱塞尺。设计夹具时，夹具总图上应标注塞尺的尺寸和公差。

4、夹具的总体结构 1 ）定位方案确定，应注意定位的稳定性。为此，尽量选加工过的平面为定位基面，定位元件要用支承板，且距离尽量远一些，以提高定位稳定性；用毛坯面定位时，定位元件要用球头支承钉，可采用自位支承或辅助支承提高定位稳定性，以避免加工时产生振动。 2 ）夹紧机构刚性要好，有足够的夹紧力，力的作用点要尽量靠近加工表面，并夹紧在工件刚性较好的部位，以保证夹紧可靠、夹紧变形小。对于手动夹具，夹紧机构应具有良好的自锁性能。 3 ）夹具的重心要尽可能低，夹具体与机床工作台的接触面积要大。因此夹具体的高度与宽度比一般为 H/B≤1~1.25 ，如 图 所示。 4 ）切屑流出及清理方便。大型夹具应考虑排屑口、出屑槽；对不易清除切屑的部位和空间应加防护罩。加工时采用切削液时，夹具体设计要考虑切削液的流向和回收。

铣床夹具夹具体的外形尺寸

2.3 铣削加工概述 一、铣削加工的应用与特点 1、铣削加工是应用相切法成形原理，用多刃回转体刀具在铣床上对平面、台阶面沟槽、成形表面、形腔表面、螺旋表面进行加工的一种切削加工方法。 2、铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，铣刀或工件沿坐标方向的直线运动或回转运动是进给运动。 3、铣削主要用于粗加工和半精加工 铣削精度等级为IT7~9，表面粗糙度为Ra1.6~3.2цm。铣削主要用于加工各种平面及直槽、台阶、T形槽、键槽、分齿零件和曲面等。铣削不仅适用于单件小批量生产，也适用于大批量生产。如图所示。

4、铣削加工时，铣刀的旋转是主运动，铣刀或工件沿坐标方向的直线运动或回转运动是进给运动。 5、铣削加工与车削加工的相同之处与区别 相同之处：铣削的每个刀齿切削加工特点与车削基本相同。 区别： a、铣削加工生产率高 同时参加切削的刀齿较多 b、断续切削 ①每个刀齿不均匀,不连续切削,切入与切离时均会硬气冲突与振动;         ②铣削时切削层参数切削温度及切削力是变化的,也易引起振动,影响加工质量; c、容屑与排屑 d、同一表面可采用不同的铣削方式及不同的铣刀。

二、铣削要素 铣削时，铣刀相邻的两个刀齿在工件上先后形成的两个过渡表面之间的一层金属层称为切削层。铣削时切削用量决定切削层的形状和尺寸。切削层的形状和尺寸对铣削过程有很大的影响。 根据切削刃在铣刀上分布位置不同，铣削可分为圆周铣削和端面铣削。 圆周铣削：切削刃分布在刀具圆周表面。（周铣） 端面铣削：切削刃分布在刀具的端面上。（端铣）

1、铣削用量 铣削用量包括背吃刀量ap、侧吃刀量ae、铣削速度vc和进给量。

式中：d—铣刀直径，mm n—铣刀转速，mm （1）背吃刀量ap 是在通过切削刃基点并垂直于工作平面方向上测量的吃刀量，即平行于铣刀轴线的切削层尺寸，单位为mm （2）侧吃刀量ae 在平行于工作平面并与切削刃基点的进给运动垂直的方向上测量的吃量，即垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。 （3）铣削速度Vc 铣削速度为铣刀主运动的线速度，单位为m/min。 式中：d—铣刀直径，mm n—铣刀转速，mm

（4）进给量 进给量是铣刀与工件在进给方向上的相对位移量。 1）每齿进给量af 是铣刀每转一个刀齿时，工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/z 2）每转进给量f 是铣刀每转一转时，工件与铣刀沿进给主向的相对位移，单位为mm/r 3）进给速度Vf 是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min 三者的关系为： Vf=fn=afzn

表2.1-1 铣削层深度ap的推荐值 （单位：mm） 铣削用量的选择 表2.1-1 铣削层深度ap的推荐值 （单位：mm） 工件材料 高速钢铣刀 硬质合金铣刀 粗铣 精铣 铸铁及铜铝合金 5～7 0.5～1 10～18 1～2 低碳钢 ＜5 ＜12 中硬钢 ＜4 ＜7 硬钢 ＜3

2、切削层要素 （1）切削厚度ac 切削厚度是指由铣刀上相邻两个刀齿主切削刃形成的过渡表面间的垂直距离。 （2）切削宽度aw 切削宽度为主切削刃参加工作的长度。 （3）切削层横截面积Acav 铣刀同时有几个刀齿参加切削，铣刀的总切削层横截面积应为同时参加切削的刀齿切削层横截面积之和。 Acav=Q/Vc 式中：Q—单位时间材料切除率，mm3/min

图2.1-14 铣削层宽度aw和额定铣削层深度ap

三、铣削方式 是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关系。不同的铣削方式对刀具的耐用度、工件的加工表面粗糙度、铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大的影响。 1、根据铣削时切削层参数的变化规律不同，圆周铣削有逆铣和顺铣两种形式。 a、逆铣 铣削时，铣刀切入工件时的切削速度方向与工件的进给方向相反，这种铣削方式称为逆铣。 b、顺铣 铣削时，铣刀切出工件时的切削速度方向与工件的进给方向相同，这种铣削方式称为顺铣。

逆铣特点：刀齿切削厚度ac从零逐渐增大。刀齿易磨损，工件表面粗糙度大，易引起振荡。

2、端面铣削时，根据铣刀与工件相对位置的不同，可分为对称铣削、不对成逆铣和不对称顺铣。

对称铣：工件安装在端铣刀的对称位置上，它具有较大的平均切削厚度，可保证刀齿在切削表面的冷硬层之下铣削。 不对称逆铣：铣刀从较小的切削厚度处切人，从较大的切削厚度处切出，这样可减小切入时的冲击，提高铣削的平稳性，适合于加工普通碳钢和低合金钢。   不对称顺铣：铣刀从较大的切削厚度处切入，从较小处切出。在加工塑性较大的不锈钢、耐热合金等材料时，可减小毛刺及刀具的粘结磨损，刀具耐用度可大大提高。

四、铣削力 铣削时每个工作刀齿都受到切削力的作用，铣削合力是各刀齿所受切削力之和。

根据对刀具和铣削加工动力的影响可分为： （1）主切削力Fc：在铣刀圆周切线方向上的分力，又称切向力。消耗功率最多，是主切削力。 （2）背向力Fp：在铣刀半径方向上的分力，又称径向力。一般不消耗功率，但会使刀杆弯曲变形。 （3）轴向力Fa：在铣刀轴线方向上的分力 根据对加工过程和机床的影响，按工作台运动方向分解： （1）纵向分力Ff （2）横向分力Fe （3）垂直分力Fv