1、157第五節 鏟齒成形銑刀設計一、鏟齒成形銑刀的基本類型鏟齒成形銑刀是用于銑削工件成形表面的專用刀具。它的刃形是根據工件廓形設計計算的，它具有較高的生產率，并能保證工件形狀和尺寸的互換性，因此得到廣泛使用。成形銑刀按齒背形狀可分為鏟齒與尖齒兩種。1尖齒成形銑刀：尖齒成形銑刀齒數多，具有合理的后角，因而切削輕快、平穩，加工表面質量好，銑刀壽命高。但尖齒成形銑刀需要專用靠?；蛟跀悼毓ぞ吣ゴ采蟻碇啬ズ竺妗⑷心スに噺碗s。因此，刃形簡單的成形銑刀一般做成尖齒形。2鏟齒成形銑刀：齒背由徑向鏟削形成，使其具有成形刃后角。該刀具沿前刀面重磨后能保證刃形不變，故在生產中一般采用鏟齒結構，只有在大批量生產中才采用

2、尖齒結構。本章只討論鏟齒成形銑刀的設計方法。二、鏟齒成形銑刀結構參數的確定（一）容屑槽底形式圖319鏟齒成形銑刀的結構鏟齒成形銑刀容屑槽底有兩種形式：一種是平底形式，如圖319所示；另一種是中間凸起的加強形式，如表376所示。根據工件廓形最大高度h來選擇容屑槽底的形式，當h較小和刀齒強度足夠的情況下，可采用平底形式，否則，應采用加強形式。加強式槽底的形狀可根據工件廓形確定。工件廓形為單面傾斜時，用I型或型、型、型；工件廓形對稱時，用型。 表476加強型容屑槽形狀及畫法類 型說 明1. 過曲線刀刃的兩極限點作直線（點劃線） 2. 距刀刃為H1Kr作刀刃等距曲線（點劃線）3. 作與刀刃兩極限點直連

3、線（點劃線）平行并與等距曲線相切（型）或相交（型）的直線，即為銑刀槽底 4. Hh+K+r5. 由作圖得出1. 作與齒頂為h+r且平行銑刀軸線的直線 2. 距刀刃為作刀刃H1Kr等距曲線（點劃線）3. 過等距曲線（點劃線）與端面交點（型為銑刀齒形高度較大的那個端面的交點）作逼近但低于等距曲線（點劃線）的傾斜線，與水平直線相交即得銑刀槽底4. Hh+K+r5. 由作圖得出1. 作與齒頂為H1=K+r+(14)mm,且平行于銑刀軸線的直線2. 其他作（二）齒形高度h和寬度B如圖319所示，成形銑刀齒形高度可取為hh（12）mm式中h工件的廓形高度。銑刀寬度B一般比工件廓形最大寬度大15mm ，并應

4、采用標準系列尺寸。（三）銑刀的孔徑用銑刀切削時，要求其刀桿直徑足夠大，以保證在銑削力作用下有足夠的強度和剛度。因此，銑刀孔徑應按強度或剛度條件計算決定。在一般情況下，可根據銑削寬度和切削條件選取。表377是根據生產經驗推薦的數值。表377 成形銑刀內孔直徑銑 削 寬 度銑 刀 孔 徑一般切削重切削<61313>6121622>12252227>25402732>40603240>601004050（四）銑刀的外徑在保證銑刀孔徑足夠大和銑刀刀體強度足夠的條件下，應選較小的銑刀外徑，以減小扭矩和減少高速鋼的消耗。設計銑刀時，可首先用下式估算外徑，待確定了銑刀的其

5、他有關參數后，再校驗銑刀刀體強度。0=（22.2）d + 2. 2h+（26）mm （351）對于加強形式的容屑槽，銑刀外徑可小些0=（1.62）d+2h+（26）mm （352）表378給出了銑刀直徑的推薦值，它是按式（351）與式（352）計算的，并圓整為5的整數倍。表378成形銑刀外徑孔 徑d銑 刀 齒 形 高 度 h56810121518202225283032351345557045505570165055709045455055606570902265657090110555560657075809010011527707580901101356565707580859095100

6、11512513532859095100110135160757580859095100105110115125135145160401051101101151251351609095100105110115120125130135140145150160注：表中上欄為平底形容屑槽的銑刀外徑，下欄為加強式容屑槽的銑刀外徑。（五） 銑刀的齒數在保證刀齒強度和足夠的重磨次數的條件下，應盡力取齒數多些，以便增加銑削的平穩性。齒數Zk與銑刀直徑之間有如下關系。 Zkd/t (353)式中 t銑刀的圓周齒距。粗加工時，可取t（1.82.4）H （354）精加工時，可取t（1.3一1.8）H (355)式

7、中 H容屑槽高度，由圖419可看出H=hKr式中： K刀齒鏟削量 r容屑槽底半徑，一般為13mm由于齒數Zk未確定時K與r都不能確定，因此可按下式初步估算HHh0. 060（13）mm （356）將式（356）代入式（355）或式（354），再代入式（353），可求出Zk ，也可根據生產經驗按銑刀外徑的大小預選銑刀齒數，在設計計算出銑刀的其他結構參數后，再校驗所選齒數是否合理。表是根據生產經驗推薦的鏟齒成形銑刀的齒數。此表適用于平底式容屑槽的不鏟磨銑刀。對于加強式容屑槽，齒數可適當增加，對鏟磨銑刀，齒數可適當減少。表379鏟齒成形鐵刀齒數銑刀外徑d。(mm)404045505560758010

8、5110120130140150230銑刀齒數Zk18161412111098為了測量方便，一般宜將齒數取為偶數。但在銑刀齒數較少的情況下，若增加或減少一個刀齒，將對刀齒強度及可磨次數產生較大影響。在這種情況下，可取齒數為奇數（六）銑刀的后角及鏟削量鏟齒成形銑刀通常給出進給方向的后角f，一般可取 f =10°15°,初步選定 f以后，需驗算銑刀切削刃上某些點的主剖面后角ox（圖320）tgaoxtgafx sinrx tg a f sinrx （357）由式(6-7)可知rx愈小，aox愈小，應保證aox不小于2030。實際計算表明，當rx<l00時，難以滿足這一要求

9、，這時，應適當增大a f。若仍不能滿足要求可采用將工件斜置的方法或斜向鏟齒的方法增大后角。確定后角 f 后，相應的鏟削量可按下式計算 K0tg f / Zk （mm） (358)對于精度要求高的成形銑刀，其齒背除鏟削外，尚需進行鏟磨。鏟磨的銑刀其齒背必須做成雙重鏟齒的形式，即在鏟齒時，齒背的AB段用鏟削量為K的凸輪進行鏟削（圖321a），而將BC段用較大的鏟削量K，進行鏟削，這樣可將BC段多鏟去一些，以免砂輪將B點以前磨光后，在B點以后形成凸臺。 圖420成形銑刀的后角雙重鏟齒的銑刀齒背亦可做成圖321b所示的形式。常將前者稱為I型，后者稱為II型。當采用I型鏟齒形式時，K1可按下式計算K1（

10、1 .31 .5）K （359）計算出K與K1后，應按附錄表2所列的鏟床凸輪的升距（即鏟削量）選取相近的數值。當采用II型鏟齒形式時，可按該表II型選取KZ 。圖321齒背的雙重鏟磨（七）容屑槽尺寸（見圖319） 1、容屑槽底半徑rr可按下式計算 r02（hK）2AZk （3510）式中 A系數，一般鏟磨齒背的成形銑刀，或齒廓高度h較大的成形銑刀，可取 A=4 不鏟磨齒背的或h較小的，可取A6。計算出的r應圓整為0. 5mm的整數倍。2、容屑槽角 值應按加工容屑槽所用的角度銑刀的系列選取，一般取為220、250、300等。當銑刀齒數少時選大值。少數情況下，可取為450, 如梳形螺紋銑刀即是。3

11、、容屑槽深度H 選取的H應保證鏟齒時鏟刀或砂輪不致碰到容屑槽底。對平底式容屑槽且不需鏟磨的成形銑刀H=h+K+r （3511）對于需鏟磨的成形銑刀I型齒背（見圖421a）：H=h+r+(K+K1)/2 (3512)II型齒背（見圖421b）：H=h+K+K2+r (3513)對于加強式容屑槽，槽底的畫法及容屑槽深度可按表376決定。（八）分屑槽當銑刀寬度B<20mm時，切削刃上不需做分屑槽。當B>20mm時，可按表380推薦的尺寸和數目在切削刃上做出分屑槽。分屑槽亦需鏟削。由于相鄰刀齒的分屑槽需交錯排列，因此，應取銑刀齒數為偶數，鏟削時，隔一齒鏟削一次，而鏟削量為2K，如表380所

12、示。表380成形銑刀分屑槽尺寸和數目銑刀寬度B（mm）分屑槽距p(mm)至端面距離p1分屑槽數銑刀寬度B（mm）分屑槽距p(mm)至端面距離p1分屑槽數208425020102229425522112241042602412225105265198328116270201033012627521123321362802412334146285199435147290201043614829521114381582100221244016821052412445189211024124（九）校驗銑刀刀齒和刀體強度初定成形銑刀的各參數后，需校驗刀體、刀齒強度是否足夠。如果校驗結果不符合要求，應重新

13、假設和計算，直到滿意為止。1、校驗刀齒強度 對于平底式容屑槽銑刀，可按下式計算齒根寬度c。（見圖319） c3(02H)/4Zk （3514）要求c /H0. 8 , 當不滿足時，應減少銑刀齒數。對加強式槽底的成形銑刀，一般不需進行此項校驗。2、校驗刀體強度 為保證刀體強度，要求m(0. 30. 5) d（見圖319 ）。m可按下式計算 （02H）/2當不滿足時，應增大銑刀外徑。刀齒齒根強度和刀體強度的校驗亦可采用作圖法進行，即按選定的銑刀結構參數直接畫出銑刀的端面投影圖，由圖直接觀察并測量銑刀齒根寬度和刀體厚度m是否足夠。（十）校驗鏟磨齒形時砂輪是否和下一個刀齒發生干涉此項校驗一般采用作圖法

14、?？砂聪旅娌襟E進行（見圖322）。圖322成形銑刀鏟磨干涉的校驗1、按所設計的成形銑刀參數0、Zk 、 H、 和作出成形銑刀刀齒的端面投影圖，可得A、I、J三點。從第一齒的頂點A沿徑向取齒廓高度h得G點，從第二齒的頂點J沿徑向取鏟削量K得B點，取齒廓高度h得E點，從A點作直線AO1，AO1與前刀面AO夾角為f，又作AB兩點連線的中垂線與直線AO1交于O1點，以O1為圓心，O1A為半徑作圓弧連A點和B點即得近似的齒頂鏟背曲線；以O1G為半徑畫圓弧GD，即為近似的齒底鏟背曲線。2、選砂輪直徑Ds(2h+25+5) mm，式中25為砂輪法蘭盤直徑，為銑刀齒廓高度。一般60Ds120。3、在上取一點，

15、使/2，連；交于點，連接FO1并延長之，自F點在此延長線上截取F02 = Ds/2,得02點，以02為圓心，Ds/2為半徑作圓，即得砂輪的外圓周，并切GD于F點。此時砂輪外圓周如在下一個刀齒E點的上方，則砂輪在鏟磨時不會碰到下一個刀齒，如果在E點的下方，則鏟磨時會碰到下一個刀齒，即發生干涉。如發生干涉，需改變銑刀的一些參數，如減少齒數Zk與鏟削量或增大等，重新設計，直到不發生干涉為止。三、正前角鏟齒成形銑刀截形的設計計算（一）前角為零時在這種情況下，工件法剖面截形就是銑刀的齒形。 （二）前角大于零時銑刀有了前角以后，其刀齒在徑向截面的齒形和前刀面上的齒形，就與工件法剖面的截形不同了。設f為銑刀

16、外圓處的縱向前角，當f較大（例如f>50）時，銑刀徑向截面和前刀面上的齒形需進行修正計算。圖323所示的是工件齒形和銑刀齒形的關系。其中圖323 b 為給定的工件齒形；圖323c 為銑刀徑向截面應具有的齒形，即鏟刀應具有的齒形；圖323d 為銑刀前刀面的齒形，即樣板應具有的齒形。圖323f00 的鏟齒成形銑刀的齒形計算設M為工件齒形上的任意點，其坐標為bn、hn ；M"為銑刀徑向截面齒形上的相應點，其坐標為bc、hc ；bc、hc可按表481計算。又設M'為銑刀前刀面齒形上的相應點，其坐標為bt、ht；bt、ht可按表381計算。表381正前角成形銑刀徑向截面齒形計算公

17、式序號計算項目符號計算公式計算精度1齒形點的橫坐標0.0012（見圖419）0.00001°3齒形點縱坐標0.001表382正前角成形銑刀前刀面齒形計算公式序號計算項目符號計算公式計算精度1齒形點橫坐標btbt=bn0.0012齒形點縱坐標ht0.001四、鏟齒成形銑刀樣板設計 鏟齒成形銑刀需要設計兩幅樣板,一幅為檢驗銑刀刃形,其廓形與銑刀前刀面廓形相同；另一幅為檢驗鏟齒成形銑刀樣板刃形，其廓形與銑刀軸向剖面廓形相同。樣板的設計方法與成形車刀樣板相同。詳見本章第二節內容。五、鏟齒成形銑刀技術條件不鏟磨的成形銑刀技術條件如下：（一）表面粗糙度1、刀齒前面、內孔表面、端面及鏟磨銑刀的齒背

18、表面 不大于Ra 0. 8m 。2、鏟齒銑刀（不鏟磨）的齒背面 不大于 Ra 1.6m 。3、其余部分 不大于Ra 6.3m 。（二） 尺寸公差主要結構尺寸的公差見表383。表383銑刀主要結構尺寸公差(mm)序號名稱符號公差1銑刀外徑doh152銑刀寬度Bh123銑刀孔徑dh7(三) 形狀位置公差銑刀的形狀位置公差見表384。表384 成形銑刀的形狀位置公差(mm)序號項目銑刀尺寸范圍公差1切削刃的徑向及端面跳動do100do1000.020.42刀體端面跳動do<100do1000.020.033零度前角銑刀 前刀面的徑向性(只許凹入)H1010H2020H30H300.040.06

19、0.090.12(四) 齒形公差銑刀的齒形用樣板或在儀器上投影檢查。允許的透光度見表385。當工件的廓形精度要求較嚴時，銑刀的齒形公差可大致取工件廓形允許誤差的 1/21/3 。表385成形銑刀齒形公差銑刀齒形高度透 光 度齒形的基本部分齒頂圓周部分40.030.064120.050.0912220.070.12220.080.15（五）材料及熱處理成形銑刀材料一般用高速鋼。熱處理后硬度應為63 66HRC。在銑刀的工作部分，不得有脫碳層和軟點。鏟磨的成形銑刀，其公差與表面粗糙度等級應適當提高，可參考后面例題。六、鏟齒成形銑刀設計舉例在X6 2W銑床上用鏟齒成形銑刀銑削廓形如圖324所示的工件

20、，工件材料為45鋼，銑刀的f100, f100，試設計高速鋼鏟齒成形銑刀。工件廓形曲線部分允許誤差為士0.1mm, 角度允許誤差為士15圖324（一） 鏟齒成形銑刀結構尺寸確定根據工件廓形計算成形銑刀的結構尺寸，計算步驟見表386，表376為加強槽底成形銑刀的結構尺寸。表386鏟齒成形銑刀結構尺寸計算步驟序號項目數據來源或公式計算采用值修正值1容屑槽形式由于工件廓形高度較大,為增加銑刀強度并減小銑刀直徑, 采用加強式槽底型2側前角f側后角f根據已知條件選取f和 ff100f1003 銑刀寬度B 齒形深度hB=+3 =37+3 = 4 0mmh=h（12）= 26+1=27mmB= 4 0mmh

21、 =27mm4孔徑d外徑0齒數Zk鏟削量K、K1由表377選取重切削 ，d=32mm由表378選取0 125mm由表379選取Zk=9，修正后Zk=9+110鏟削量K0tg a f / Zk3.14×125×tg100 / 106.9 mm修正后K7mmK1（1 .31 .5）K = 10 mmd =32mm0 125mmZk=10K= 7mmK1= 10mmd =32mm0 140mmZk=10K= 8mmK1= 11 mm5容屑槽尺寸容屑槽底半徑r容屑槽角容屑槽深度Hr02（hK）2AZk3.14×1252（277）/2×4×102.23 mm取 r2 mm取250選擇型容屑槽形式；具體畫法見表376選擇I型齒背 Hh+ r +( K+K1)/2 =27+2 +8.5= 37.5 mm取H38mm查表377 H1=K+r+(14)=7+2+3=12mm H2 =h+r =27+2=29 mmr2mm250H = 38 mmH1 =12 mmH2