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(huì)對(duì)加工的過(guò)程及效果有正面或負(fù)面的影響。本文通過(guò)對(duì)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(lèi)號(hào)：TH17? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2021）7-079-002

銑削加工過(guò)程中的許多弊病，例如銑刀的折斷（俗稱(chēng)打刀或崩刃）、銑削時(shí)的振動(dòng)、工件出現(xiàn)松動(dòng)等問(wèn)題，很大一方面原因是由于銑削力對(duì)工件產(chǎn)生的作用所造成的。在銑削過(guò)程中，銑削力直接影響到切削熱的產(chǎn)生，并對(duì)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?，?duì)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(duì)銑削力的大小和方向有正確的認(rèn)識(shí)?，F(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(lèi)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(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行討論。

一、銑削力的產(chǎn)生

銑削過(guò)程中，時(shí)刻有一對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的力我們稱(chēng)為銑削力。研究銑削力，對(duì)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(lái)源主要有三個(gè)方面：一是克服被加工材料對(duì)彈性變形的抗力;二是克服被加工材料對(duì)塑性變形的抗力;三是克服切削對(duì)前刀面的摩擦力和刀具后刀面對(duì)過(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(shuō)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(duì)銑削力沒(méi)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(duì)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(kāi)，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(duì)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(chēng)螺旋角）。刃傾角對(duì)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(guò)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(huì)使切削厚度增加，而使銑削力減小。銑刀直徑對(duì)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(huì)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(huì)增大。

4.切削液

以冷卻作用為主的水溶液，對(duì)銑削力影響不大，而對(duì)于潤(rùn)滑作用強(qiáng)的油類(lèi)切削液，由于它的潤(rùn)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(guò)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(jiàn)，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(chēng)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(chēng)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(dòng)，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(dòng)。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(duì)工件有一個(gè)反作用力，這個(gè)作用力稱(chēng)為總銑削力?？傘娤髁梢苑纸鉃榭v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(shì)，在加工薄型工件和細(xì)長(zhǎng)工件時(shí)，會(huì)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(duì)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(huì)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(zhǎng)方體工件。銑削時(shí)，先移動(dòng)工作臺(tái)使工件右側(cè)面與旋轉(zhuǎn)的立銑刀相切，再使工作臺(tái)和工件一起向右移動(dòng)一個(gè)距離，然后用橫向進(jìn)給對(duì)工件向外進(jìn)行銑削?？梢钥闯?，此時(shí)縱向銑削力的方向是向右的，與工作臺(tái)移動(dòng)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(tái)導(dǎo)軌間的摩擦力時(shí)，工作臺(tái)就會(huì)被拉動(dòng)，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(tái)連同工件向左移動(dòng)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(tái)移動(dòng)方向相反，便不會(huì)拉動(dòng)工作臺(tái)，能使銑削過(guò)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(duì)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(dòng)，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(duì)于盤(pán)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(tái)導(dǎo)軌的間隙，避免在銑削力的作用下，造成主軸及工作臺(tái)的晃動(dòng)，從而引起振動(dòng)。對(duì)銑削中不移動(dòng)的工作臺(tái)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(tái)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(duì)工件設(shè)置輔助支承，防止工件或夾具發(fā)生移動(dòng)。

4.對(duì)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(dòng)。

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(tái)移動(dòng)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(tái)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(lái)避免工作臺(tái)被拉動(dòng)的方法稱(chēng)為手輪反搖法。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱立功等，銑工實(shí)用技術(shù)，長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2012

[2]勞動(dòng)人事部培訓(xùn)就業(yè)局.銑工工藝學(xué)，北京：勞動(dòng)人事出版社，1987

[3]李建國(guó)等.機(jī)械制造基礎(chǔ)，延吉：延邊大學(xué)出版社，2020

[4]人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室.銑工工藝與技能訓(xùn)練，北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2014

[5]人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室.銑工（技師 高級(jí)技師），北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2017

[6]黃冰.銑工工藝學(xué)（上、下冊(cè)），北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

[7]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

[8]盧玲.銑削工藝分析及操作案例，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009

[9]龔雯等.銑工工作手冊(cè)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007

[10]陳霖等.新編機(jī)械工人切削手冊(cè)，北京：人民郵電出版社，2008

[11]王洪光.銑工，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006

[12]劉海等.銑工技能實(shí)訓(xùn)，天津：天津大學(xué)出版社，2010

[13]王巖.銑工（中級(jí)），北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010