铣刀螺旋角对检验铣床工作精度的影响

摘要：分析了铣刀螺旋角对精切试件等高的影响，提出了减小影响的措施。

图1

图2 滚切试件

图3 逆铣加工试件

万能工具铣床精度标准JB2874-86工作精度检验P1中规定：水平主轴精铣Ⅰ面(图1)在规定长度L内用千分表检验尺寸H等高允差为0.025mm。我们在对X8140工作精度精切攻关过程中发现，铣刀螺旋角对H等高性的影响在尺寸16mm方向内竟高达0.006～0.01 1mm ，约占H允差(0.25mm)的五分之二，这无疑是一个不可忽视的因素。

根据铣床工作精度通用标准要求，我们采用套式面铣刀(铣刀直径为Ø63mm ，螺旋角15°，右旋，齿数12，材料W18Cr4V) ，与刀杆一起刃磨，安装时符合标准要求，以保证用一把刀一次装夹完成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ面加工。验收技术要求规定切削参数为：切深t=0.1～0.3mm ，主轴转速为125～210r/min ，走刀速度为35～85mm/min ，逆铣。

由刀具与切削参数的几何关系(图2)可计算出，切削时一齿切出后下一齿才切入为断续切削。当刀齿从c点切入到a点切出时，由于螺旋角的存在，刀刃与工件表面的接触长度在每瞬间是不等的。因每齿的走刀量很小(当S=40mm/min 、n=180r/min时，S=00185mm) ，可认为刀刃上每个切入点c形成工件表面。

当刀齿从。点切入到a点切出时刀刃与工件接触线从c点(点接触)加长到ac点，形成工件表面的长度为cc=e。由切削力的计算公式知，切削力与切削面积相关。刀刃在c点与工件为点接触，面积最小。切出时刀刃与工件接触线最长，切削面积最大，切削力最大，悬臂刀杆变形也最大。所以在c点切去的金属要比c点少。这样就使试件加工表面Ⅰ从c点到c长度内逐渐增高形成一个斜度，使H不等高(图3)。

采用上述铣刀，设切深t=0.2mm，由切削时的几何关系可计算出受切削力影响的加工表面宽度e(图2)。

设刀刃上一点从切入到切出的旋转角度为Ø，则 Ø=cos^-1(D/2)-t=cos^-131.5-0.2=6.45952°D/231.5(1)ak=DsinØ=3.544mm2(2)e=cc=ak=3.544=13.31mmtgβtg15°(3)反复试验、测试知，在此切削规范下，Ⅰ面在e长度范围内H不等高为Δh=0.006～0。011mm(图3)。

为了验证这种假设的正确性，在刀具及切削参数不变的情况下进行顺铣，结果高低点方向与逆铣相反。我们又改制一把直齿立铣刀进行精切，在16mm长度方向上几乎测不出不等高来。但直齿铣刀切削不平稳，刀具稍钝即产生振动，表面出现波纹。因此，直齿铣刀虽能排除螺旋角的影响，但因刀具耐用度低并不适用。

由此可见，铣刀螺旋角对铣床工作精度检验是个不可忽视的影响因素，同时对于工件的精铣加工也应提起注意。经分析试验，对试件精切提出如下措施：

分析上述式(1)、(2)、(3)可知，在适当的范围内，减小刀具直径D，减小切深t，增大螺旋角β，可减小受切削力影响的加工表面宽度。，从而减小不等高Δh。精切时注意到最小切削厚度对切削的影响，并考虑到标准刀具的直径D和螺旋角β，选刀具直径D=40mm，螺旋角β=25°(符合套式立铣刀标准GB1114-85)，可计算出精切时受切削力影响的加工表面宽度e=4.26mm。此时对精切面不等高Δh的影响为0.0019～0.0035mm，仅占工作精度的1/13～1/7可忽略不计。
仿照在检验主轴轴线的径向跳动时为排除检棒跳动对主轴跳动的影响，采用检棒相对主轴转90°取4次测量结果平均值的作法，在检验机床的工作精度时亦应排除刀具因素的影响，为此建议标准允许试件在16mm方向上取两处16mm的最高点之差为该方向的H不等高性。
尽量提高刀杆刚度。可使刀杆从装刀处到锥柄到锥柄端逐渐加粗成锥形。