整体硬质合金螺旋木工立铣刀的设计及加工工艺

admin

整体硬质合金螺旋木工立铣刀的设计及加工工艺
文志民

【作者机构】        浙江浪潮工具公司
【来    源】        《林业机械与木工设备》 2010年第4期 pp.40-42

摘 要：从槽型、芯径、螺旋角、前角和后角参数等几个主要方面介绍了整体硬质合金螺旋木工立铣刀的设计，并以ANCA公司的磨削中心设备为例简要介绍了这类刀具的加工工艺。

关键词：硬质合金；螺旋角；木工铣刀；设计；加工工艺

1 整体硬质合金螺旋木工立铣刀的主要设计参数1.1 结构参数

[size=1em]整体硬质合金螺旋木工立铣刀各结构参数如图1所示。

[size=0.8em]图1 木工立铣刀结构参数

[size=0.8em]图2 木工立铣刀槽型

1.2 参数选择

[size=1em]整体硬质合金铣刀设计参数主要包括槽型、芯径、周刃前角、周刃后角宽度和螺旋角等。

[size=1em]①槽型。槽型有两种，一种是有背高形式，另一种是无背高形式，如图2所示。通常情况下都采用有背高的形式，但生产φ3mm以下的刀具时则通常采用没有背高的形式。两种形式在使用上差别不大，所以在设计时不予重点考虑，只要根据一般原则选用即可。

[size=1em]②芯径。芯径是刀具的重要参数，芯径太小，刀具刚性差，在切削中容易折断，刀具使用寿命短；芯径太大，容屑空间不够，容易产生堵屑，使刀具温度急剧上升，会产生烧伤刀具等现象，也影响刀具使用寿命。在设计这类木工刀具芯径时，主要考虑木材切削过程中都有较大的径向和切深切削，为了能获得更大的容屑空间，使切屑能顺利排出，减少切屑在容屑槽的停留时间且尽快带走切削热量，以达到延长刀具寿命的目的，设计时芯径一般按0.45～0.5倍的刃径选取。

[size=1em]③周刃前角。前角对切削力、切屑排出、刀具耐用度等影响都非常大，因此前角的设计是刀具设计的重要组成部分之一。木材是属于材质较软和易于切削材料，因此在设计时应选择比较大的正前角，一般在17°～25°之间选取。

[size=1em]④螺旋角。螺旋角能使刀齿逐渐切入和切离工件，减小切削宽度可以减小切削抗力。螺旋角越小，刀尖强度越大，所受抗折力越大，切削力越大;螺旋角越大，刀尖强度就越小。当螺旋角过大时，实际工作前角也增大，同时单位接触面积较大，切削力较小。此外，螺旋角大，垂直于刀具的分力也大，不适合大的切深加工，而且切屑排出性也变差。木材切削过程中产生的切屑量比较大，考虑到这一重要因素，在木材切削加工中一般选取螺旋角为 15°～25°。

[size=1em]⑤周刃宽度。在没有特殊说明的情况下，周刃宽度是在周刃法向上测量的，取值比较固定。对于大多数铣刀而言，取值为0.08×刃径+0.2；而对于小铣刀（刃径小于φ3mm）来说，取值为0.12×刃径。

[size=1em]⑥后角。后角主要是为了减少切削过程中刀面与切削表面和已加工表面的摩擦，在切削木质材料时，后角一般按如下规则选取，即第一后角取值为16°～20°；第二后角取值为 28°～32°。

1.3 刀柄精度

[size=1em]高速切削对刀柄的精度要求非常高，刀柄的容差值至少应按g7或g6组别进行制造。

[size=0.8em]图3 柄部参数标注示例

1.4 刀具标记

[size=1em]按照DIN EN847-2:2001中对木工刀具制定的安全要求，柄铣刀的刀柄上必须标注的基本信息包括生产商名称、刀具的基本尺寸、刀具的最小夹持长度、刀具的转速、刀具的进给方式以及切削材料组代码，对于大于16mm的柄铣刀还必须标注偏心率允值的详细说明等，柄部参数标注示例如图3所示。

1.5 精、粗铣刀在设计上的区别

[size=1em]粗加工相对精加工来说余量大，切削抗力大。因此在设计粗加工铣削刀具时应主要考虑刀具的强度、容屑空间和排屑问题。而设计精加工铣削刀具时考虑的重点则是加工后如何获得光滑的切削表面质量和提高加工效率的问题。具体应注意以下几点。

[size=1em]①刀具的芯径直接影响刀具整体的刚性，在有足够排屑空间的前提下粗铣刀应尽量增加刀具芯径的尺寸，而对于左旋刀具还可以做适当的芯厚增量。

[size=1em]②粗铣刀的刀具前、后角应按偏小值选取，以获得较大的刀齿楔角；而精铣刀在考虑加工余量和铣削深度的前提下可按偏大值选取。

[size=1em]③粗铣刀的齿背应有足够的厚度以承受粗加工时较大的切削抗力。

[size=1em]④粗铣刀容屑槽槽底圆弧半径设计比精铣刀半径设计更重要，它的选择直接影响切屑的变形和排出。

[size=1em]⑤粗铣刀在选择齿槽数时应考虑获得较大的容屑空间和齿背厚度。

2 整体硬质合金螺旋木工铣刀加工工艺简介

[size=1em]ANCA和WALTER是目前世界上最顶尖的数控工具磨削中心，拥有所有专机磨削功能。在这两种设备上生产，整体硬质合金螺旋木工铣刀加工精度高，一次装夹可以完成刀具所有刃口成型加工工序。该设备既适合加工单件小批量产品，又适合大批量铣刀的生产，加工效率较高，因此大部分的整体硬质合金螺旋刀具都是在这样的设备上生产的。

[size=1em]以1/2″刃径1-1/2″刃长的三刃复合式整体硬质合金螺旋木工铣刀为例，介绍这类刀具的主要加工工艺，刀具模拟效果图如图4所示。

[size=1em]工序1，线切割：下料定长；

[size=1em]工序2，粗无心磨：粗磨外圆；

[size=0.8em]图4 刀具模拟效果图

[size=1em]工序3，粗倒：光端面，倒角；

[size=1em]工序4，精无心磨：精磨外圆；

[size=1em]工序5，磨削中心：①探测刀具端面、②整体开槽、③外圆铲磨、④外圆精磨、⑤端面齿隙、⑥端面精磨。以ANCA公司的RX7设备为例，其加工周期约为20min；

[size=1em]工序6，标刻：清洗产品，刻印号码，包装入库。

[size=1em]参考文献：

[size=1em]［1］ 李黎.木材切削原理及刀具［M］.北京：中国林业出版社，2005.

[size=1em]［2］ 徐邦学.最新刀具设计与质量检验标准实用手册［M］.长春：吉林音像出版社，2003.

[size=1em]［3］ 金维洙.木材切削与木工刀具［M］.哈尔滨：东北林业大学出版社，2005.

[size=1em]［4］ DIN EN 847-1 2007，木材加工用机床刀具安全性要求（第1部分）：铣刀和刨刀.圆盘锯片［S］.

[size=1em]［5］ DIN EN 847-2:2003，木工加工用刀具安全要求（第2部分）：安装在铣刀上的刀柄的要求［S］.

[size=1.8em]Solid Carbide Woodworking Helical Milling Cutters and Relevant Machining Process

WEN Zhi-min
（Zhejiang Langchao Tool Co.,Ltd.,Yueqing Zhejiang 325600,China）

Abstract：The design of solid carbide woodworking helical milling cutters is introduced mainly from the aspects of such parameters as groove,core diameter,helixangle,rake angle and clearance angle and with the equipment in the grinding center of ANCA Companyas an example,the manufacturing process of this kind of tool is introduced briefly.

Key words：solid carbide;helixangle;wood working milling cutter;design;manufacturing process