立铣刀螺旋角大小对切削性能的影响

一、螺旋刃立铣刀的基本特性与问题的提出立铣刀的基本刃口形状（螺旋槽形状）有直形和螺旋形两种。由于螺旋刃立铣刀相对于直刃具有切削轻快、平稳、效率高和使用范围广等优点，因此在铣削加 工中得到了广泛应用。根据加工设备和加工对象的不同要求，螺旋刃立铣刀有左刃、右刃和左螺旋 、右螺旋之分的４种不同组合；

1、其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的轴向切削阻力有把 立铣刀从刀夹中拔出的趋势，需采用拉紧螺栓克服轴向切削阻力．而左刃右螺旋和右刃左螺旋的轴 向切削阻力刚好把立铣刀压向夹头方，故多采用锥柄加扁尾，以适应大功率切削．因为右刃右螺旋 立铣刀可让切屑沿排屑槽向柄部排出，易保证切削的平稳进行，符合机床主轴旋向标准，在高性能 夹头的支持下装卸方便，所以，其使用范围最广，使用量最大．实际应用中的螺旋刃立铣刀，其螺 旋角通常在30°～45°。在刀具原理、设计和应用技术领域，根据工件材料、刀具材料及切削 加工诸参数的不同，有关螺旋刃立铣刀的切削力、扭矩、切削功率及前角、后角等主要刀具角度的 设计计算公式、实验数据与使用经验等资料很多，但有关螺旋角大小与立铣刀加工性能的讨论和资 料介绍很少．一般认为，螺旋刃立铣刀的螺旋角β就是刃倾角λｓ，但有关刃倾角的介绍和讨论主 要以车削加工为主线展开，而铣削和车削毕竟有许多不同之处，因此不可能完全适用．

2、对铣削而言 ，通常认为较大的螺旋角可以增加同时工作的齿数，减少铣削过程中的冲击和增加其平稳性并使立铣刀刀刃锋利、实际前角增大．除此之外，螺旋角的大小对立铣刀的性能究竟还会产生什 么样的影响呢？刀具角度之间是相互联系和影响的．不妨首先通过实验和实际加工例，取得初步认 识和相关知识，为进一步的深入探讨做准备。

二、螺旋角与２刃立铣刀铣槽实验实验在立式加工中心 上进行．采用直径12ｍｍ的不同螺旋角的２刃立铣刀，铣宽度×高度为12ｍｍ×12ｍｍ的 槽，并以加工后槽的底面为基准，测量槽的两侧面的垂直度误差（侧面最大变形量ΔＸ），通过比 较误差值的大小来评价螺旋角大小对立铣刀铣槽时加工精度的影响．被切削材料为硬度28HRC 的碳素钢．实验中各刀具的切削参数统一为：进给速度50ｍｍ／ｍiｎ，切削速度29ｍ／ｍiｎ，吃刀深度12ｍｍ．切削中冷却液选用油性．实验结果如图１所示．图１螺旋角与铣槽时的加 工精度图２铣侧面时的螺旋角与加工精度从实验结果可以看出：

1、逆铣侧总是出现过切，而与 之相反，顺铣侧总是出现漏切，且过切量和漏切量的最大点在立铣刀伸出最远处．这一点符合逆铣 、顺铣时的刀具变形规律和刀具伸出长度的变形规律．

2、立铣刀的螺旋角小于30°前，不管 是顺铣侧还是逆铣侧，垂直度误差值都随螺旋角的增大而增大．螺旋角大于40°以后，又随螺旋 角的增大而变小．因此，可以认为立铣刀有较小的螺旋角或有较大的螺旋角时，其铣槽加工的形状 精度高．

3、从加工精度看，在螺旋角为０，即切削刃为直刃时精度最高．但从立铣刀螺旋角的 基本特性可知，这时完全呈断续切削，切削冲击力大，对刀具本身的制作精度要求高，加工精度对 刀具本身精度的依赖性很强，刀具的使用寿命短．所以，实际应用中应根据具体情况辩证地考虑。

三、螺旋角与４刃立铣刀铣侧面实验在立式加工中心上，用螺旋角分别为30°和55°度的４刃立 铣刀铣侧面，比较两种立铣刀随切削宽度（径向吃刀量）的变化对加工精度的影响．立铣刀直径为 25ｍｍ，被切削材料为硬度94HRB的45号钢．切削全部采用顺铣方式和干式切削．切削 参数统一为：进给速度100ｍｍ／min，切削速度26ｍm／min，切削深度38ｍｍ．加工 后所测得的垂直度误差、平面度误差和表面粗糙度值如图２所示．可以看出，在切削宽度不是特别 大时，55°的大螺旋角立铣刀比30°螺旋角立铣刀的加工精度高．这一点与图１的铣槽实验结 果相吻合．分析其原因，可以认为这是由于当切削宽度较小时，螺旋角较大的立铣刀实际前角大， 刃口锋利，切入性好；切向切削阻力小，减小能量消耗和刀具变形，切削轻快；切削刃与被切削面 的接触点多，使立铣刀切入和切出时比较平稳，切削阻力的波动小，减弱了加工中对立铣刀的振动 激励等因素的综合效应所致．

四、螺旋角特性的归纳

1、螺旋角与切削阻力：切向切削阻力随螺旋 角的增大而减小，轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大．

2、螺旋角与前角：螺旋角的增大使立 铣刀实际前角增大，刃口更加锋利．

3、螺旋角与被加工面精度：一般被加工面的垂直度和平面 度公差值随螺旋角的增大而增加，但螺旋角大于40°以后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势．

4、螺旋角与刀具寿命：圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角大小基本成正比；另一方面，当螺旋角很 小时，轻微的刀具磨损也将明显降低刀具的切削性能，引起振动，使刀具无法继续使用．当螺旋角 过大时，刀具刚性变差，寿命减低．

5、螺旋角与被切削材料：加工硬度低的软质材料时，用大 螺旋角，以增大前角，提高刃口的锋利性；加工硬度高的硬质材料时，用小螺旋角，以减小前角， 提高刃口的刚性．

最后螺旋角是螺旋刃立铣刀的主要参数之一，螺旋角大小的改变对刀具的切 削加工性能有很大影响．随着数控加工技术和柔性制造技术的发展，在刀具制造工艺上改变螺旋角 的大小已成为可能和非常简便．如果进一步深入研究螺旋角大小对螺旋刃立铣刀切削性能的各种影 响，在制造和选用螺旋刃立铣刀时，结合机床和工装卡具的性能，根据被加工材料的性能及加工精 度、加工效率以及刀具材料和刀具寿命等因素综合考虑，优化螺旋角的大小，无疑会对促进高效、 高精铣削加工起重要作用。