立铣刀的选用

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立铣刀的选用

3.1 立铣的刀具

按我国标准GB/T 21019—2007《金属切削刀具铣刀术语》，立铣是指机床主轴垂直于被加工对象表面，这一定义对于理解立式铣床非常有帮助。对于刀具而言，立铣加工多指用于加工大约90°的台阶面，无论在立式的铣削机床还是在卧式的铣削机床上都是如此。如果要加工的工件的某部分是90°凸肩时，也许只能使用这种铣削方式。该铣削又常被称为台阶铣削、凸肩铣削或端铣削。立铣刀指用立铣方式加工台阶、凹槽用的铣刀。因此，立铣刀又被称为台阶铣刀、凸肩铣刀以及面铣刀。

立铣的主要加工形式如图3-1所示。有时，立铣刀也被用于加工工件的侧边（见图1-11），斜坡铣和螺旋插补铣。

[size=0.85em]图3-1 立铣的典型应用

3.1.1 立铣刀的特征

■ 主偏角

立铣刀的主要特征是具有90°的主偏角。直径较大的立铣刀也可以被作为主偏角90°的面铣刀，因此这部分立铣刀又具有一些第2章所讨论的面铣刀的特征。但立铣刀又常常有比面铣刀更小的直径。通常，面铣刀在直径20mm以下的非常少，而对于立铣刀而言，3mm直径的立铣刀很常见。

■ 切削刃

立铣刀通常有两组切削刃，一组在铣刀的端面，一组在铣刀的圆周上。位于铣刀端面的刀齿称之为“端齿”或者“端刃”，而位于铣刀圆周的刀齿称为“圆周齿”或者“圆周刃”，如图3-2所示。

[size=0.85em]图3-2 立铣刀的端齿和圆周齿

3.1.2 立铣刀的用途

■ 面铣

立铣刀可以用作面铣。但因为其主偏角为90°，刀具受力除主切削力外，主要是径向力（见图2-13d），易于引起刀杆挠曲变形（见图2-19），也易于引发振动，影响加工效率，因此，除了类似于薄底工件需要小的轴向力或者属面铣偶尔为之要减少刀具库存品种这类特殊原因之外，不推荐用立铣刀来加工无台阶的平面。

■ 侧壁面铣

适合用立铣刀加工的工件大多有一个或更多的垂直于底面的侧壁面（这个面平行于铣床主轴），这就带来了一个在面铣中没有的问题：侧壁形状和精度问题。

图3-3是立铣刀圆周齿所形成的侧壁面。可以看到侧壁面是由多个圆弧面包络而成。和面铣刀刀片的圆角形成的底面类似，这个包络面的平整程度是既和刀具直径与每齿进给量fz相关，也和刀齿的径向圆跳动量有关。如果切削刃的一部分不在铣刀圆周齿刃口的圆柱之上，这个侧壁就会脱离正确的形状。可转位立铣刀有一部分就有这样的问题，将在本章3.3节的可转位立铣刀部分来讨论这一问题。

本书第1章1.3节已讨论过顺铣和逆铣的问题，立铣也存在这样的问题。同时，由于立铣常常用较小直径和较长的悬伸加工侧壁，它的顺铣和逆铣会带来侧壁加工面的精度变化。如图3-4和图3-5所示是立铣刀铣侧壁时逆铣和顺铣的受力简图。要

[size=0.85em]图3-3 立铣刀圆周齿所形成的侧壁面（图片源自山特维克可乐满）

[size=0.85em]图3-4 逆铣加工工件受力

注意的是该切削力的径向分力。这个分力的作用是在工件上使工件被拉向刀具，作用在刀具上的反作用力则是将刀具拉向工件（该作用力图上未绘出）。这种作用以及刀具悬伸的结果是使刀具呈现出“扎入”的倾向，致使工件产生侧壁根部的“过切”现象（又称“根切”，见图3-6a）。

而顺铣的切削力径向分力的作用却恰好相反。顺铣的切削力径向分力致使工件有离开刀具的倾向，而工件对刀具的反作用力也是同样将刀具推离工件。这种作用和刀具悬伸的结果是使工件侧壁根部与刀具相对分离，产生“欠切”的现象（见图3-6b）。

因此，如果用立铣刀开槽，无论是铣通槽还是铣封闭的键槽，如果槽宽与铣刀直径相等，也就是两侧同时切削，就必定是一侧顺铣另一侧逆铣，两侧的作用力和刀具悬伸使刀具发生偏转，从而产生一侧过切而另一侧欠切，如图3-6c所示。

■ 数控加工的立铣刀类型

数控加工的立铣刀主要有四种：焊接齿硬质合金立铣刀、整体硬质合金立铣刀、换头式硬质合金立铣刀和可转位立铣刀（见图3-7）。在有些场合也会用到高速钢（主要是钴高速钢立和粉末冶金高速钢）立铣刀、陶瓷立铣刀、焊接CBN立铣刀和焊接金刚石立铣刀。

[size=0.85em]图3-5 顺铣加工工件受力

[size=0.85em]图3-6 侧壁变形示意图

[size=0.85em]图3-7 常见立铣刀具

3.2 整体硬质合金立铣刀

整体硬质合金立铣刀是硬质合金铣刀的一个主要组成（另一个主要组成是硬质合金模具铣刀，将在本书第5章加以讨论）。整体硬质合金立铣刀的主要部分如图3-8所示。

整体硬质合金铣刀主要分为工作部分和柄部两个部分。目前的常用直径范围是3～20mm。小于3mm或大于20mm的铣刀也有厂商可以供应，但应用不太广泛，不在本书中主要讨论范围之内。3.2.1 整体硬质合金铣刀的工作部分

铣刀的工作部分大致有三个刃口段构成：端齿、周齿和两者之间过渡的刀尖圆角或倒角。

■ 端齿

[size=0.85em]图3-8 整体硬质合金立铣刀的主要部分

立铣刀的端齿是在铣刀的头部垂直刀具轴线的那一部分刀齿。整体硬质合金立铣刀端齿的主要参数如图3-9所示。

铣刀端齿主要分为两种，一种刀齿较长的，会越过铣刀轴线，这种刀齿被称为过中心刀齿；而另一种是较短的刀齿，这种较短刀齿不会越过铣刀轴线。图3-10中下图的红色尺寸是长齿（过中心齿），而蓝色尺寸的则是短齿（不过中心齿）。

[size=0.85em]图3-9 整体硬质合金立铣刀端齿主要尺寸

[size=0.85em]图3-10 整体硬质合金立铣刀端齿

◆ 前角和后角

同所有刀具一样，硬质合金立铣刀的端齿也具有前角和后角。端齿在向下进给（见图3-11的向右进给）插入铣削（也有把这个铣削动作称为“钻削”）时，端齿是承担主要加工任务的主切削刃。以其中一个切削刃上的尖点来分析（图中蓝色的圆点），在忽略进给速度时，切削速度方向如蓝色箭头所示。该点的切削平面在图3-11中显示为较粗的红点线，而切削平面为图中较粗的绿线。以这些平面为基础，可以得到端齿的前角和后角。

因为立铣刀端刃需要在较狭小的空间内容纳较多的切屑，常常需要在端齿的后部去除更多的材料，借以形成端齿的第二后角。第二后角为图3-10中呈较暗黄色的部分。

◆ 端齿隙角

立铣刀的端齿有一个特殊的角度，在图3-11中称为端齿隙角。这个隙角在铣刀端刃的外圆处比在近轴线处更为突出，在铣刀端面的刀齿形成一个内凹的“碟”形，因此，这个端齿隙角也被称为“碟心角”。这个端齿隙角一般均为2°左右。

图3-12是关于端齿隙角的作用示意圆。当铣刀作轴向进给时，端刃作为主切削刃，端齿隙角加上90°就是端齿的主偏角；而当铣刀径向进给时，圆周刃成了主切削刃，端刃成了副切削刃，周齿端齿隙角就是副偏角。

◆ 端齿沟槽

对于具有过中心切削刃的立铣刀，端齿上还会有一个结构：端齿沟槽。图3-13中红圈就是端齿沟槽。

[size=0.85em]图3-11 立铣刀端齿参数

[size=0.85em]图3-12 端齿隙角的作用

[size=0.85em]图3-13 端齿沟槽

端齿沟槽是为端齿留出容屑空间，铣削尤其是在插铣时方便排屑；同时，端齿沟槽也是过中心切削所必须。

◆ 齿数

立铣刀上还有一个重要参数，也可以说这个参数主要体现在端面视图上，那就是立铣刀的齿数。

立铣刀的总齿数和过中心齿数有多种组合，如图3-14所示自左至右是：单齿铣刀、2齿铣刀-2齿过中心、2齿铣刀-1齿过中心、3齿铣刀-1齿过中心、4齿铣刀-2齿过中心和多齿铣刀-0齿过中心。

铣刀的刀齿数多少关系到铣削效率，通过铣刀芯部直径关系到铣刀的刚性。图3-15是铣刀的齿槽数与铣刀刚性、容屑能力关系的简图，总体而言，一般铣刀齿数越少，芯部直径就越大，反映到铣削性能上则是容屑能力越强、铣刀刚性越差。

[size=0.85em]图3-14 立铣刀齿数

[size=0.85em]图3-15 立铣刀齿数与铣刀刚性、容屑能力关系

2齿（槽）铣刀的特点是排屑空间很大，刚性不足，适合于长切屑材料。

3齿（槽）铣刀的特点是排屑空间大，刚性好，切削效率高，通用性好。

4齿（槽）铣刀的特点是排屑空间略有不足，但铣刀刚性很好，适合于高效精加工，工件表面质量好。

6齿（槽）铣刀的特点则是排屑空间极小，但铣刀刚性极好，这种铣刀很适合于精加工，高效加工，高硬度加工，加工表面质量非常好。

当然，保证齿数不变时，也可增加容屑空间，但这会导致刚性下降。这样的槽形（见图3-16）对于加工铝、铜等强度不高的非铁材料时比较合适。一方面是因为这类金属强度较低，刀具切削时的切削力小，刀具所需承受的力也较小，较低的强度对于这样的铣削任务还是可以胜任的；另一方面是这类材料因切削力小故切削热也低。

但是正是由于这类材料的切削力、切削热较低，加大了容屑能力后可以加大切削用量，但加大的切削用量又增大了切削力，从而又需要提高刀具的刚性，因此，需要采用如图3-17所示的双芯部直径的立铣刀。图示的铣刀彩色的是山高刀具的Jabro-Solid2，而灰色的则是瓦尔特刀具的Proto·max™TG。双芯部直径的设计在某种程度上能实现容屑能力和刀具刚性的平衡。

图3-18是一个专门修型的铣刀容屑槽槽底的示意图。这个案例经过修型的铣刀的刚性比普通默认的槽底提高了不少，切屑的排出时的变形加剧，卷屑更紧。

[size=0.85em]图3-16 立铣刀改善容屑空间（图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-17 双芯部直径立铣刀（部分图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-18 专门修型的铣刀容屑槽槽底（图片源自山高刀具）

同样的刀齿数还有一个不同的结构，就是不等分齿。图3-19是两种不等分铣刀的示意图。不等分的刀齿在切削时能产生交变的切削频率，不易与机床发生共振，抑制铣削中刀具振动。

铣刀的容屑除了与齿数有关，还与周齿的几何参数有关，下面讨论铣刀的周齿。

■ 周齿

立铣刀外圆上的刀齿称为周齿。周齿是立铣刀从事侧壁铣削的主要部分。

◆ 螺旋角

要讨论的周齿第一个参数是螺旋角。所谓螺旋角，就是铣刀螺旋切削刃的切线与铣刀轴线的夹角，如图3-20所示。

螺旋角在切削理论上，也是刀具外圆处的轴向前角（关于轴向前角请见图1-33至图1-35及相关文字）。

立铣刀不同螺旋角对切削性能的主要影响如图3-21所示。从图中可以看到，右侧的直槽立铣刀（螺旋角β=0°）由于轴向前角为零，其轴向切削力为零，全部的切削力都在刚性最弱的径向上，因此容易发生振刀。而左侧和中间的两种螺旋槽铣刀则由于一部分切削力分到了轴向（轴向是铣刀刚性最好的方向），径向的负荷就减轻了，就不容易发生振刀。

另一方面直槽铣刀的切屑流是横向的，容易受到工件切削区的干涉而形成二次切削，排屑性能差。而螺旋槽铣刀的切屑沿着与切削刃垂直的方向排出切削区，排屑性能大大改善。

[size=0.85em]图3-19 不等分的刀齿分布（图片源自肯纳金属和山高刀具）

[size=0.85em]图3-20 立铣刀的螺旋角（图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-21 不同螺旋角对切削性能的主要影响（图片源自山高刀具）

图3-22表示了铣刀齿数和螺旋角对总切削长度轴向分量的影响。就直径10mm的铣刀承担切削宽度（又称“径向切削深度”）10mm、切削深度（又称“轴向切削深度”）15mm的切削任务而言，用2槽30°螺旋角的铣刀加工的总接触刃长轴向投影约为17mm；当改用3槽30°螺旋角的铣刀加工时，总接触刃长轴向投影增加到约25mm；再改用4槽30°螺旋角的铣刀加工时，总接触刃长轴向投影又增加到约30mm，最后改用6槽60°螺旋角的铣刀加工时，总接触刃长轴向投影还可以增加到约47mm。这些数据说明，随着铣刀齿数的增加，接触工件的切削刃数也相应增加，总接触刃长轴向投影得到增加，增大螺旋角的作用也类似。随着总接触刃长轴向投影的增加，一是降低了单位刀齿长度上的负荷量，二是在刀齿负荷不变的前提下可以提高切削效率。

图3-23则是不同切削方向和螺旋槽旋向的四种组合，常见的是右螺旋齿右切削方向。一般而言，铣刀的切削方向主要由铣削机床的主轴旋向确定，而在切削方向确定之后，螺旋线则决定了轴向切削力的方向。

图3-24是一个双螺旋方向的铣刀JS840。该铣刀用于加工碳纤维复合板的侧边。由于碳纤维复合板由几种不同的材料复合而成，通常的铣刀很难避免产生分层现象。JS840铣刀的优点是：使反方向的切削力分为向下压力和中置力；容屑空间大，利于排屑；切削接触区小，产生更少的切削热和切削力；只对纤维产生剪切力，而不会产生向中间的扭拉。

[size=0.85em]图3-22 齿数和螺旋角对总切削长度轴向分量的影响

[size=0.85em]图3-23 不同的切削方向和螺旋向的四种组合（图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-24 用于加工复合板的JS840铣刀（图片源自山高刀具）

图3-25是住友电工的GSXVL型防振立铣刀。这种立铣刀不但使用了与图3-19那样的不等分齿，且不等螺旋角在侧面加工时能提高防振效果。

◆ 前面和后面

周齿也具有前面、后面、前角、后角、刃带等几何参数。图3-26就是典型的一种周齿结构。放大图中的红线是前面，这是切屑从工件上切下并被排出的必经之路；蓝点线是第一后面，绿短线则是第二后面。这第二后面虽说不是立铣刀的必备结构，却是许多立铣刀都具有的结构，它能够增加容屑空间，减少后面与被加工表面摩擦。

1）前面的槽底圆弧是切屑流出卷曲的路径。有些时候，需要缩短切屑与刀具前面的接触长度，加强切屑的变形。这时，可以采用如图3-18b图所示的方法。但这种方法在增强了铣刀芯部直径的同时减少了容屑空间。图3-27是另一种改变切屑流出状态的方案即周齿前刀面的变化。通过这种方法，卷屑加强了，刀--屑接触长度缩短了，而容屑空间还能得到保证。

图3-28是两种不同类型的周齿前角（径向前角）。正的周齿前角能形成较轻快的前角，易于切入被加工材料，切屑在前面上形成弯曲应力，这种弯曲应力如果太大会造成刀具崩刃，一般推荐用于加工软钢、铝和不锈钢等材料；负的周齿前角则形成强壮的切削刃，切屑对刀具的前面产生压应力，这种应力对刀具而言不易产生破损，一般推荐用于加工中碳钢和硬化钢等。

[size=0.85em]图3-25 GSXVL型防振立铣刀（图片源自住友电工）

[size=0.85em]图3-26 铣刀圆齿的典型结构（平面齿背）

[size=0.85em]图3-27 周齿前刀面的变化（图片源自肯纳金属）

[size=0.85em]图3-28 周齿径向前角

2）周齿后面的形状也会对立铣的使用产生影响。通常，周齿的后面有三种基本形式：平面型、凹面型和铲磨型，如图3-29所示。

①平面型后面比较简洁，是加工铝、铜等非铁材料时最常见的类型。它既可用于周齿，也可用于端齿，包括端齿的第一后面和第二后面。

②凹面型后面是在切削刃的后边制造出一个凹形的空隙，这种后面结构显得十分锋利，后面磨削很简单，但切削刃之后的大后角使刀具变得脆弱和易被切屑损伤，因此，通常不推荐使用，制造厂也很少销售这种后面的铣刀。

③铲磨型后面又叫铲背型后面，它的特点是背部成曲线（这种曲线是阿基米德螺旋线），只要在重磨前面时保证前角不变，铣刀的后角就不会改变。这种后面主要用于周齿后角，能构成强壮的切削刃。目前，许多立铣刀的周刃径向后面都采用这种铲磨型后面，包括第一后面和第二后面，但也能偶见用平面型构成第二后面。

◆ 刃带

一些铣刀的第一后面或第一、二后面呈凸起状，这种结构通常被称为“棱带”，也称之为“刃带”，但切削理论的“刃带”限定后角为0°，因此称为“棱带”。图3-26的两个后面就在这样一个“棱带”上。过窄的棱带会使刀齿易于折断，而过宽的棱带可能导致摩擦过大。

真正0°的“刃带”在消振等方面有非常强的作用。前面提到过的带有不等分齿和不等螺旋角的住友电工的GSXVL型防振立铣刀就具有呈圆弧状的零度刃带，这个刃带在消振方面很大作用。图3-30右图中红色椭圆内的白色细条，就是这种刃带。

[size=0.85em]图3-29 三种周齿后面形式

对于侧面较长的加工任务而言，带分屑槽的铣刀（见图3-31）在粗加工范围内的应用也很广泛。

图3-32则是瓦尔特带分屑槽的粗加工铣刀的分屑槽类型。圆形外形（圆顶圆底）的分屑槽制造比较简单，而扁平外形（平顶圆底）的分屑槽的顶部通过外圆磨削完成。相对而言，平顶的分屑槽能使铣刀的切削刃更锋利些。

[size=0.85em]图3-30 零度圆弧刃带铣刀

[size=0.85em]图3-31 带分屑槽的铣刀

[size=0.85em]图3-32 带分屑槽的粗加工铣刀分屑槽的类型（图片源自瓦尔特）

图3-33a是带分屑槽铣刀的分屑槽齿距示意图，不同的颜色代表不同的切削刃，而一条比另一条高则包含了进给的影响。两条切削刃之间的区域就是这个切削刃的切削图形。可见，这切削图形不仅同分屑槽的齿距有关，也会与使用的切削用量有关。这与将在第4章讨论的玉米铣刀有些不同，波浪齿的分屑槽间一个切削刃分屑槽遗留的被加工材料不能完全被后一个刀齿所切除。

图3-33b则是不同的分屑槽齿距对功率和磨损的影响。密齿（齿距小）的分屑槽磨损较低，但对机床功率的需求大，因此细齿用于难加工材料和小的切削深度，而粗齿则用于高的材料去除率的切除材料，且可以用于小功率机床。

■ 拐角

拐角是指立铣刀的周齿和端齿之间过渡部分。

立铣刀的拐角有两类主要形式：倒角型和圆角型。

图3-34a是倒角型。倒角型的主要参数有两个：倒角宽度K和倒角角度（通常为45°）；图3-34b则是倒圆型，倒圆型的主要参数就是圆弧半径。

拐角的后角，对于倒角型是一个独立的后角，而倒圆型要求是从周刃后角到端齿后角的自然过渡。

拐角的前面要实现自然过渡会有些困难。因此，拐角的前面有两种基本的处理方式：与周齿前面相连（见图3-34b）和与端齿前面相连（见图3-34c）。由于拐角处强度偏低，取端齿和周齿两个前角中数值偏低的那个相连。

[size=0.85em]图3-33 铣刀分屑槽的齿距（图片源自肯纳金属）

[size=0.85em]图3-34 立铣刀拐角的结构

3.2.2 整体硬质合金铣刀的柄部

整体硬质合金铣刀的柄部主要是完整圆柱的直柄（见图3-35）和带削平面的圆柱柄（俗称“侧固式”或“侧固柄”）。

■ 直柄

直柄铣刀的柄部是一个完整的圆柱，因此这类刀柄从柄部本身而言，精度和夹持时的对中性很好。所谓的直柄，并不意味着柄部直径尺寸d1和工作部分直径尺寸Dc是相同的基本尺寸。有时，工作部分直径尺寸Dc会大于柄部直径尺寸d1（Dc>d1），称为“缩径”；而另一种情况则是工作部分直径尺寸Dc会小于柄部直径尺寸d1（Dc<d1），称为“增径”，如图3-36所示。

用一般的夹持方式（如弹簧夹头）夹持直柄时，主要依赖摩擦力，因此，有时会出现夹持力不够。如果在具有较大轴向力的大螺旋角铣刀使用直柄结构，比较容易被拉出夹头，尤其是在出现如图3-5a所示的“过切”现象时。

因此，如果使用大螺旋角铣刀进行侧铣/铣槽时，应采用更为安全的夹头，如强力夹头或带安全锁（Safe Lock）的夹头，也可以使用下面介绍的带削平面的圆柱柄。

■ 带削平面的圆柱柄

整体硬质合金立铣刀另一种主要的柄部结构是带削平面的圆柱柄（见图3-37）。带削平面的铣刀的驱动并不依赖摩擦力，它依赖削平面强制驱动力，因此不会产生打滑现象。同时，削平面在轴向上对铣刀也有所限制，退刀时不会发生“掉刀”现象。

这种结构按照柄部的直径不同，可以是如图3-37所示，只有一个削平面，也可以是更大的尺寸有两个削平面。这两种并不是两种标准，只是一个标准刀柄在不同尺寸段的两种类型。但因为两个削平面的结构是在柄部直径大于或等于25mm时才使用，因此20mm及以下的铣刀基本上都是单削平面的结构。

[size=0.85em]图3-35 圆柱柄的结构

[size=0.85em]图3-36 缩径和增径的结构

[size=0.85em]图3-37 带削平面的圆柱柄的结构

由于存在削平面，理论上刀柄的重心会与刀柄轴线有一个小的偏差，而且这是偏离有压力面一侧的。这一点在下面的分析中会用到。

这种结构虽然能避免直柄用摩擦力带动的一些问题，但也存在三个缺点。

1）第一个缺点是刀具与刀柄的同轴度不好。带削平面的圆柱柄和其装夹用的圆柱孔之间理论上总是有一点间隙的。当圆柱柄被装入刀柄的圆孔并用螺钉锁紧后，刀具被压向一侧，其夹紧状态如图3-38所示，刀具的轴线与刀柄轴线会产生一个偏移，造成刀具与刀柄的不同轴。

2）第二个缺点是接触刚性不佳。由图3-38可以看出，在铣刀夹紧之后，铣刀与刀柄的一侧是较窄的接触带，而另一侧则不接触。这种接触带的大小和空隙的大小根据两者的间隙有所不同。如果接触带较窄和空隙过大，这会造成接触面易变形，而这样的变形会对刀具刀柄互换产生不良影响。

3）第三个缺点是动平衡不理想。除了前面提到的刀柄的重心与刀柄轴线小偏心，这种削平结构本身造成的不平衡之外，压紧的过程使这个不平衡会加剧。这对于高速加工是非常不利的。

[size=0.85em]图3-38 带削平面的圆柱柄的夹紧状态（图片源自肯纳金属）

3.3 换头式硬质合金铣刀

换头式硬质合金铣刀是近年来国际上开始推广的。图3-39是瓦尔特换头式硬质合金铣刀ConeFit一览。这一体系还有其他铣刀，因不在本章叙述范围内，没有列入。

ConeFit的连接示意如图3-40所示。山特维克可乐满也采取了同样的结构。该结构是用刀头大端锥形的锥面和端面两个定位面同时定位的“过定位”系统。通过双面定位，刀具具有极好的轴向和径向精度，传递的转矩大，为铣削的精度和切削力、切削转矩的传递提供保障。具有自定心功能的带锥度梯形螺纹能使装卸十分快速，刀头后部的圆柱提高了安全性，也避免刀头部分发生挠曲。

[size=0.85em]图3-39 换头式硬质合金铣刀ConeFit一览

[size=0.85em]图3-40 ConeFit连接

图3-41是山高刀具第一代的小魔王的连接示意图。它通过钩形的拉杆拉紧刀头。这种结构依靠圆锥定位，不属于刚性的两面定位系统。图3-42则是山高刀具改进的第二代小魔王连接示意图，它的双头螺钉与刀杆是过盈联接，一经安装不再卸下，更换时只是由螺钉左侧的梯形螺纹承担。整体硬质合金的刀头的内部是连接螺纹，外部则是一个短圆锥，其定位任务由短圆锥承担，它也是属于刚性连接的两面定位系统。

图3-43是伊斯卡的Multi Master刀头实例。伊斯卡的Multi Master结构与山高刀具第二代小魔王原理相似，只是山高刀具第二代小魔王的螺杆是固定在刀杆上，刀头与其用梯形螺纹连接；而伊斯卡Multi Master则是采用刀头与梯形螺纹螺杆一体的结构，使用时与刀体连接（这一点与瓦尔特及山特维克可乐满相同）。Multi Master结构刀头上也有一个短圆锥，连接时也是刚性的两面连接。

[size=0.85em]图3-41 第一代小魔王连接（图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-42 第二代小魔王连接（图片源自山高刀具）

[size=0.85em]图3-43 MultiMaster刀头实例（图片源自伊斯卡）

图3-44是瓦尔特的4种ConeFit立铣刀头。ConeFit还有用于仿形加工的刀头，因为不在本章范围之内，就不在此介绍了。

ConeFit系统是一个带有专利自定心螺纹的模块式铣削系统，它的锥形定心带来最高同轴精度，轴向支承面又保证最佳刚度。初期推出的刀杆包括了不同结构和长度的米制和英制钢刀柄（见图3-39上部绿框）和整体硬质合金刀柄（见图3-39上部红框），以及HSK63、SK40、MASBT40以及CaptoC5和C6等的整体式刀柄（见图3-39上部蓝框）。

[size=0.85em]图3-44 4种ConeFit立铣刀头

使用可换刀头的硬质合金铣刀可以获得与整体硬质合金铣刀相似的切削性能（钢刀杆时，刀具的挠度会低于整体硬质合金铣刀，但使用硬质合金刀杆时，刀具刚性与整体硬质合金铣刀基本相同），但由于和消耗品和可更换的刀头，其成本可以比整体硬质合金铣刀有所降低。同时，钢刀柄可以根据需要自行切短，这样使刀具悬伸更合适，短的悬伸刀具变形会更小，更合适用较高的切削参数来获取较高的生产率。

硬质合金刀杆主要应用于较大的悬伸。

ConeFit的装卸也非常简便，其安装步骤如图3-45所示。

[size=0.85em]图3-45 ConeFit安装步骤

3.4 可转位立铣刀

可转位立铣刀在很大程度上可以看作是主偏角90°的面铣刀。因此，考虑可转位立铣刀的大部分因素与可转位面铣刀的选用类似，这些类似的部分在此不再讨论，这里要讨论的是立铣刀的特殊问题。

可转位立铣刀的一个特别的问题是刃口形状。如果需要加工一个平行于铣刀轴线的平面（侧壁面），就需要铣刀的刃口在一个圆柱上，如图3-46a所示。要实现这一目标，一个简单的途径，就是用一个与轴线平行的直线刃口（红色粗线），由这个刃口回转构成圆柱，如图3-46b所示。

但如果需要有一个较合适的轴向前角，也就是在一个与轴线有个夹角的平面上去设计切削刃，那么这个切削刃就应该是圆柱与这个倾斜面交线的一部分，如图3-46c所示。因此，如果刀具要有一个准确的侧壁面加工能力，刀片的切削刃应该是椭圆的一部分。

[size=0.85em]图3-46 垂直侧壁的刃口形状

但是，要真正获得准确的侧壁面加工能力并不是如此简单。从理论上说，如果圆柱的直径不同，这个椭圆就有所不同。但出于制造成本的考虑，不可能为每一个直径都配备一种刀片。因此，要在所有的直径上使用一种刀片且都达到准确或基本准确的侧壁面加工能力，还需要其他措施。

这个椭圆一部分的曲线弯曲程度，不仅同直径铣刀有关，还同这个椭圆面的倾斜程度（即轴向前角）有关。因此，一般铣刀直径越大，轴向前角也就越大。但轴向前角并不能无限制地增大，它还受到刀片后角的影响。瓦尔特刀具按这个原理的一款刀片（见图3-47a），刀片后角为20°（见图3-47b），如较小直径的刀体安装成11°的轴向前角，此时刀具尚有9°的后角（见图3-47c），但随着刀体直径的增大，为了更好地满足刃口加工理想侧壁的需求，加大刀片的轴向前角，但如果把轴向前角增加到16°，后角就只剩下4°（见图3-47d），这个大小的后角连切削平面都有些勉强，斜坡铣就完全不可能。因此，大部分这类铣刀都会留出至少6°的后角，这样轴向前角就不能超过14°。

表3-1是瓦尔特的装AD..160608刀片（曲线刃口）的F4042刃口铣刀的加工出的侧壁垂直度数据。可以看到，在较小的刀具直径段（40～63mm）内侧壁垂直度可以基本上都为“零”。随着直径的进一步增大，由于轴向前角无法再增大，侧壁垂直度开始慢慢增大。到了大的刀体直径，垂直度误差甚至会超过F3042（直线刃）的刀具（见表3-2）。

[size=0.85em]图3-47 曲线刃口铣刀片及其安装角度

[size=0.85em]表3-1 F4042刃口铣刀片的垂直度

[size=0.85em]表3-2 F3042刃口铣刀片的垂直度