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铣削技术的工艺研究摘要：机械制造业在整个国民经济中占有十分重要的地位，金属切削加工作为精密加工手段，在整个机械制造行业有着十分重要的地位，文章就铣削技术的工艺进行了研究和分析，希望能给从事本行业的同仁们一个借鉴和参考。
关键词：铣削技术；刀具；切削用量最早的铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。
铣床在控制系统方面发展很快，数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。
尤其是70年代以后，微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用，扩大了铣床的加工范围，提高了加工精度与效率。
一、国内外铣削机床现状在德国等西方工业发达的国家，20世纪80年代就已经推出cnc 旋风铣床及高刚度精密定位刀盘，发展到现在已经成为相当成熟的产品。
由于cnc旋风铣床在国内尚无厂家制造，我国仅有的几家工厂拥有的cnc旋风铣床也都是由德国leistritz公司进口而来。
机床可对螺纹的导程精度和中径尺寸的一致性进行修整，加工出的滚珠丝杠精度可达p3级，滚道截面形状的正确性、中径尺寸的一致性均优于磨削加工。
机床配置了精密对刀仪，具有轨迹寻找功能，可在一次加工4m长度的基础上进行二次接刀加工，单根加工长度可达8m，真正体现了旋风硬铣削技术的先进性，以及在滚珠丝杠加工中的优越性。
将高速切削技术结合旋风铣削进行研究，尤其是将原有的旋风铣头高速化，提高了加工效率。
二、高速铣削技术的应用及优势高速切削加工技术按其目的而言可分为两类：以实现单位时间最大材料去除量为目的的加工；以实现高质量加工表面与细节结构为目的的加工。
模具的高速切削加工都是这两类技术的综合运用。
高速铣削加工技术引进到模具加工行业，主要应用淬硬模具型腔的直接加工：高速铣削采用极高的切削速度和超硬刀具，可直接加工淬硬后的模具型腔，在某些情况下可取代电火花型腔加工，与电火花加工相比，加工质量和加工效率都不逊色，甚至更优，而且省略了电极的制造。
超高速加工技术在铣削加工中的应用近年来，随着科技的进步和制造业的发展，超高速加工技术逐渐应用于各个领域，其中之一就是铣削加工。
超高速加工技术以其独特的加工方式和高效的加工速度得到了广泛的关注和应用。
本文将探讨超高速加工技术在铣削加工中的应用，以及其带来的创新和改变。
首先，超高速加工技术在铣削加工中的应用使得加工效率大幅提升。
相较于传统的加工方法，超高速加工技术通过加快刀具的进给速度和转速，减小切削力和切削温度，从而有效地降低了加工时间。
这使得铣削加工变得更加快速和高效，大大提高了生产效率。
同时，超高速加工技术还可以在相同的加工时间内完成更多的切削量，进一步提高了加工效率。
其次，超高速加工技术在铣削加工中的应用还优化了产品的表面质量。
传统加工方法由于切削速度较慢，在加工过程中会产生较大的切削力和切削热量，容易引起刀具磨损和工件表面质量不良的问题。
而超高速加工技术通过高速的切削和冷却方式，有效地降低了切削力和切削温度，减少了刀具磨损和工件表面粗糙度的问题。
这使得产品的表面质量得到了极大的提升，满足了对高精度产品的需求。
此外，超高速加工技术在铣削加工中的应用还带来了新的设计理念和机制。
传统加工方法由于切削精度和加工速度的限制，对产品的设计和制造造成一定的限制。
而超高速加工技术以其快速的加工速度和高精度的切削精度，为设计师提供了更多的自由度和创造力。
设计师可以设计更为复杂和精细的产品结构，实现更多样化的产品需求。
另外，超高速加工技术还带来了新的机制，例如钻石刀具的应用和新型冷却系统的研发，进一步提高了加工效率和产品的质量。
最后，超高速加工技术在铣削加工中的应用也面临着一些挑战和问题。
一方面，超高速加工技术对刀具和冷却系统的要求较高，增加了设备投资和维护成本。
另一方面，超高速加工技术的应用范围有一定的限制，只适用于某些材料和形状的加工。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行技术选择和优化。
综上所述，超高速加工技术在铣削加工中的应用带来了诸多创新和改变。
铣削加工工艺流程分析铣削加工是一种常见的机械加工方法，广泛应用于制造行业。
本文将对铣削加工的工艺流程进行详细分析，并探讨其在工业生产中的应用。
一、铣削加工的定义与概述铣削加工是指利用铣床或数控铣床对工件进行物理切削，以达到加工目的的一种工艺方法。
铣床通过旋转刀具进行切削，同时将工件在X、Y、Z三个坐标轴上进行移动，以完成加工过程。
二、铣削加工的工艺流程分析1. 准备工作铣削加工前需要做好充分的准备工作。
首先，根据工件设计图纸确定加工尺寸和要求；其次，准备好所需的铣床、夹具、刀具等设备和工具；最后，对加工设备进行检查和调整，并确保刀具磨损情况良好。
2. 夹紧工件将待加工的工件安装到铣床的工作台上，并通过合适的夹具进行固定。
夹紧夹具需要保证工件的稳定性和正确的加工位置，以确保加工精度。
3. 选择合适的刀具根据工件的材质、形状和加工要求选择合适的刀具。
刀具的选择应综合考虑切削力、切削速度和切削质量等因素，以获得最佳的加工效果。
4. 设定切削参数根据所选刀具和工件的特点，设定合适的切削参数，包括进给速度、转速、切削深度等。
切削参数的设定需要综合考虑加工效率和切削质量之间的平衡。
5. 进行铣削加工根据设定的切削参数，启动铣床，开始进行铣削加工。
在整个加工过程中，操作人员需要密切关注加工状态，确保加工精度和安全。
6. 检验加工质量铣削加工完成后，对加工后的工件进行检验和测量。
通过使用测量工具，比如千分尺、游标卡尺等，对加工尺寸进行检查，以确保加工质量符合要求。
三、铣削加工的应用领域铣削加工广泛应用于各个制造行业，特别是机械制造和零部件加工领域。
以下是铣削加工的一些常见应用领域：1. 汽车制造铣削加工在汽车制造过程中扮演着重要的角色。
通过铣削加工，可以精确地加工汽车发动机零部件、车身结构件等，提高汽车的精度和性能。
2. 航空航天工业铣削加工在航空航天工业中也起到至关重要的作用。
航空发动机的叶片、螺栓等零部件需要通过铣削加工来保证其高精度和可靠性。
超高强度钢32Cr3NiMoV A高速铣削加工技术研究【摘要】本文介绍了超高强度钢的性能，并采用铣削实验对高速铣削加工32Cr3NiMoV A的铣削力进行了研究，为生产实践提供理论依据。
【关键词】超高强度钢高速铣削铣削力前言超高强度钢因其具有良好的机械性能，广泛应用于航空航天、汽车和模具等领域。
但其高的强度，良好的塑韧性、优异的疲劳性能和断裂韧性使得超高强度钢成为一种难加工材料。
切削加工时，切削力大、切削温度高、刀具磨损大[1]。
本文采用金属陶瓷刀具高速铣削[2]加工32Cr3NiMoV A，研究了切削速度和进给量对铣削力[3]的影响。
实验方案工件材料：120×30×50mm的块状32Cr3NiMoV A；刀具：直径为Φ100mm 铣刀刀盘装1个金属陶瓷刀片。
试验采用单因素试验法来实现。
三个因素分别为：切削速度、每齿进给量、铣削深度，切削速度的水平值分别为：450m/min、600m/min、750m/min、900m/min；每齿进给量的水平值分别为：0.05mm/z、0.08mm/z、0.12mm/z、0.15mm/z，铣削深度为0.5mm。
铣削方式：干式铣削，对称铣削。
实验在加工中上完成，采用kistler 9253B23三向压电式测力仪采集铣削力数据。
实验结果铣削力的取值为铣削过程中的最大值，试验结果如表1所示。
实验结果分析为了便于观察切削用量对铣削力的影响趋势，根据实验数据采用origin 6.0分别绘制出了每齿进给量为0.08mm/z时，铣削速度对铣削力的影响趋势图，如图1和铣削速度为600m/min时，每齿进给量对铣削力的影响趋势图，如图2。
从图1中可以看出：在每齿进给量和切深不变的情况下，随着切削速度的增大，铣削力分力Fx、Fy和Fz都呈下降趋势，这是是因为在高速切削加工中：随着切削速度的增大，切削温度也会随之增大，加上超高强度钢导热系数低，切削热不容易散发出去，从而对金属切削区域具有软化作用，工件与刀具之间的摩擦系数降低，变形系数减小，使得铣削力下降，另外，当速度提高时，剪切角有增大的趋势，铣削力也会减小。
高进给铣削加工工艺研究-董景齐金属切削加工工艺中，铣削加工方式相对其它的加工方式，所参与加工的切削刀片刃数是最多的，因此它的加工效率和金属去除率也相对较高，从而在选择零部件的粗加工（以去除工件多余金属为目的的加工方式）方案时，为获得具有较高的加工效率时，往往会考虑如何使用铣削的加工方式进行，使得铣削工艺成为了目前提高加工效率的首选加工方式。
对于如何提高铣削刀具的加工效率，如何获得更高的加工效率，从刀具的角度出发，长时间内铣削刀具一直以增加铣刀的有效切削刃数和提高刀片的切削深度为发展目标，因此目前的很多铣削刀具规格中都会有密齿铣刀和大切深铣刀（螺旋玉米铣刀）。
对于增加切削刀片的个数和提高切削深度的加工方式，根据金属切削力和切削功率进行分析：研究金属切削的切削三要素：切削速度、切削深度、进给量，根据金属切削的挤压变形和剪切力的变化和实验，我们得到如下公式：切削力：F=N×C×Ap×Fz0.75×Vc-0.15×K------------------（1）F------切削力（kg f）N------参与切削刀片个数C------工件材料系数（工件材料对切削力影响的参数）Ap-----切削深度（切削刃垂直切入工件的神对）（mm）Fz-----每齿进给量（切削刀具每个切削刃在刀具旋转一周时在 进给方向移动的直线距离）（mm）Vc-----切削速度（刀具与工件接触点处的相对移动速度，它根 据不同的工件材料和刀具材料而选定）（m/min） K------切削刀具参数（包括刀具的前角、后角、刃口钝化等刀具 因素对切削力影响的参数）（kw）（2）切削功率： P= ×P------切削功率（kw）F------切削力（kg f）Vc-----切削速度（m/min）根据公式（1），对切削力影响最大的加工参数是切削深度Ap，对于刀具本身对切削力影响最大的是切削刃的数量N，如果切削深度提高1倍，切削力将增大一倍，而增加一个切削刃，对于切削力来说也将增加了一个数量级，因此根据公式（2），金属切削时产生的切削功率也会相应的提高了许多，由此对机床的主电机的功率要求也提高了很多，同时因切削力的增加，使得机床的主要受力机构件的受力也产生了很大的影响，而传统的机床刀具与机床连接机构的联结刚性相对较弱（例如7：24的主轴刀柄机构），在较大的切削弯矩的作用下对机床主轴连接刀柄将产生加大的影响（切削扭矩、弯矩如图1所示）。
（图1）对铣削刀具（面铣刀-图2和玉米铣刀-图3）的切削扭矩和产生的弯矩，针对钛合金材料的加工进行了如下实例分析：图2图3在上述两个实例中可以看出，虽然切削扭矩没有达到机床的主轴额定的电机扭矩，但切削所产生的弯矩已超过了机床刀柄所能承受的最大弯矩了，在这种情况下，由于切削力和切削弯矩的作用，使得机床的刀具系统产生了钟摆运动，即切削震动，从而使刀具的寿命和加工精度都会受到很大的影响。
根据在Aachen大学进行的试验测试报告（见图4），刀柄的（图形中的下部曲线）加载曲线，图中的线斜率代表着刀具拉紧后对刀具夹持能力的影响程度，两段的斜率分别代表受力和变形后的刚性。
在1200Nm的弯矩作用下刀柄与机床主轴端面已完全脱开。
检测设备见图（5）图（4）图（5）根据上述分析在铣削加工工艺的提高加工效率的研究中，无论是增加刀片的个数还是增加铣刀的切削深度，都会给机床带来机构强度不足和机床功率不足及切削震动等问题，因此在不购买新的设备的前提下，要提高铣削工艺的加工效率就需要寻找另外的途径了。
在探讨如何提高加工效率的时候，首先研究的对象是金属切削的切削三要素，即切削速度、切削深度、进给量，对于这三个加工要素来说，切削速度对刀具的加工寿命影响最大，当切削速度提高20%则刀具寿命将下降50%，同时因工件材料的强度、硬度等性能参数的限制，切削速度可提高的幅度一般不大，且提高切削速度也会增加切削功率见公式（2），而加大切深得切削方案前面也进行了分析，因此为提高加工效率，我们把主要的研究对象放到进给量上。
但如何提高进给量，而不增加切削力和切削功率？针对这个问题对进给量进行分析，进给量是切削刃在每个旋转单位下切削刃相对工件所移动的距离，进给量的大小直接影响刀具切削截面的大小，与进给量有关的刀具参数见图（6）。
图（6）金属切削材料切削截面上所能单位面积的受力大小决定了刀片的寿命长短，每一片刀片被制造出来后，其单位面积下所能承受受力大小也就确定了，将刀片所能承受的单位面积下的力转换成进给量就是刀片的允许平均铁屑厚度hm，平均铁屑厚代表着每个刀片能够承受的进给量大小。
一般情况下当铣刀的切削宽度与刀盘直径相等的情况下，平均铁屑厚度就等于进给量，当切削刀具的主偏角减小时，铁屑的厚度h就会相应减小见图7，此时铁屑厚度h值小于刀片允许的平均铁屑厚度hm，这样为了使刀片更有效地被利用，则可以选铁屑厚度h和刀片允许的hm相等，这样就可以使用更大的进给量f值了，这就是大进给铣刀的基本原理。
图（7）大进给铣削原理是基于用小的主偏角和小的切削深度实现平均铁屑厚度的减小，从而提高进给量，故此所有的大进给加工都需要小的主偏角。
切屑的厚度随着主偏角的减小而减小，为了避免铁屑过薄而影响加工表面质量，当进给量小于刀片刃口的倒钝圆弧半径，工件的加工表面形成时就不会进行切削而是碾压，从而使已加工表面被碾压造成表面质量下降或工件材料表面形成过大的冷做硬化层而影响工件的使用效果，见图（8）分析，已加工表面是经过多次复杂的变形而形成的。
切削刃刃尖角为Rn时，切削层在刃口钝圆部分O点处存在复杂的应力状态，切削层的金属经剪切滑移沿刀具的前刀面流出形成铁屑，O点下薄薄的一层金属гhd不能沿OM进行剪切，而是被推挤压入工件的已加工表面，这部分金属首先受到压应力，当切削后刀面BE滑过挤压面后，工件已加工表面的压力消失，工件产生弹性回弹，回弹值гh小于压缩值гhd，这是已加工表面由于受到刀片后刀面的摩擦、拉伸的作用而产生内应力，内应力的大小和切削深度Ap的大小有关，如Ap→гhd值时，工件已加工表面的内应力最大，因此表面会形成一个冷作硬化层（加工硬化层），其硬度比工件高1-2倍，硬化层表面常常会出现细微裂纹，且表面粗糙度值较大且工件材料的疲劳强度也相应较低，从而影响工件的尺寸和形状的稳定性。
图（8）故此需要提高进给量从而避免过于薄的切削的产生。
在使用大进给铣刀的时候要确保足够大的进给，以便得到合适的切屑厚度和加工性能。
高进给铣削时，需要提高进给量的部分都在刀具的前刀刃，而当刀具的主偏角等于90°和主偏角等于15°时，铁屑厚度等于的情况下，刀具的进给量可以放大3.86倍，一般情况下，刀片的最大进给量约等于刀尖圆弧半径的0.5倍，当主偏角等于90°时，此时进给量和铁屑厚度与进给量相等，当主偏角等于45°时，进给量约等于1.415倍的铁屑厚度，即≈0.849mm，当主偏角等于15°时，此时进给量等于3.86倍的铁屑厚度，即≈2.318mm，见图（9）所示，这就是大进给加工理论依据。
图（9）大进给铣削的特点是：较小的切削深度，较大的进给量。
从加工受力方向上进行分析，它与传统的铣削加工方式比较，综合切削力的方向（主切削力、进给力、切向力的合成力方向）更接近刀体回转中心线，即切削加工刃所产生的径向抗力的大部分分力是轴向力，而传统的加工方式，切削综合力的方向与回转中心线之间所形成的角度较大（在45°~90°之间），见图（10）所示，这样大进给铣削方式相对传统的铣削方式，加工的稳定性和抗震动能力都得到有效的提高。
在铣削加工过程中为满足工件形状或工件夹具的要求，往往需要刀具有一定的悬伸，而传统的铣削方式因径向力较大会影响加工刀具图（10）的悬伸长度，一般钢制品的刀杆在大于悬伸与直径之比等于4的时候，就很难抑制切削力而产生的扭曲和挠度而出现加工震动问题。
大进给铣削加工方式与传统方肩铣刀（主偏角为90°）相比，以悬伸长径比L/d=4为校核依据分析如下：见图（11）。
此时悬伸轴的扭曲角度为φ，挠度为y，由此得到公式（3）和（4）：扭转角：φ=T/GIp ∫dx----------------------------------------（3） 极限挠度：y =fL /3EIp ---------------------------------------------（4）图（11）式中：T 为刀杆所承受的扭矩T= F f 为刀杆所承受的径向力GIp 为截面扭曲刚度EIp 为抗弯刚度L1max 为长径比为4时的刀杆长度L2为大进给铣刀能达到的最大悬伸长度由公式（3）得到：φ= =T L /GIp 其中T 2=sin15°FD/2则：L2= ° = ° ≈15.5D由公式（4）得到：y == 其中f 2=sin15°f 1 则：L= =° =64D /sin15°≈247.3D即：L 2≈6.5D综合上述计算分析和对铣削刀具切削前角的平衡设计后， 见图（12）目前大进给铣刀的最大的长径比达到10D。
图（11）大进给铣刀实际加工应用过程中，加工效率和金属去除率得到了有效地提高，下表为直径为66mm的铣刀加工案例，表中Vf为进给速度，Vc为切削速度，Q为金属去除率。
在这个例子中虽然传统铣刀的切削深度比大进给铣刀高3倍，但大进给铣刀的金属去除率却是传统铣刀的3倍，在大多数的情况下，我们使用相对较低的切削速度，这样刀具切削所产生的切削热相对较低，对刀具的寿命提高有较大的帮助，这样就会降低刀具的成本并高效地达成加工的目的。
参考文献：（1）Kennametal TOOLING SYSTEMS 2013（2）Kennametal INNOVATIONS CATALOGUE 2014（3）《金属切削原理》（4）《材料力学》（5）Kennametal FY13 新产品推广资料。
