立铣刀：几何形状实际决定了什么

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  立铣刀与面铣刀、键槽铣刀对比
• 2
  立铣刀的起始参数
• 3
  为什么立铣刀靠侧齿工作
• 4
  适合使用立铣刀的工序
• 5
  不应使用立铣刀的场合
• 6
  顺铣、径向切深与侧壁质量
• 7
  用立铣刀保证 ±0.005 mm
• 8
  第一刀前的五项检查

立铣刀是圆柱形刀体，外圆周分布螺旋齿或直齿。这些外侧齿是主切削刃。端面上的齿是副切削刃，磨成让开切削底面的形状，而不是用来去除材料。这是大多数人忽略的差别。

由于载荷落在侧齿上，刀具在横向进给时切削效果最好。它沿 X 或 Y 方向横穿工件，从侧壁上切下材料。刀具底部跟随它刚加工出的底面，因此底面表面质量通常比侧壁差。

立铣刀沿 Z 轴垂直下刀时表现完全不同。端面中心的表面速度接近零，那里的齿是在摩擦而不是剪切。在双刃刀具上，这表现为颤振、底部出现亮斑或刀尖崩角。

因此工作范围很明确：横向加工、切缝加工、曲面加工和型腔边缘。垂直轴向下刀属于键槽铣刀或具有过中心切削几何的刀具。

当特征是侧壁时使用它。侧壁、台阶、开口槽、曲面轮廓以及型腔边界的粗加工都是横向加工。在行程 500 × 500 × 450 mm 的三轴机床上，Ø10 mm 四刃硬质合金刀具在 6061 铝中以 8,000 rpm 加工，每刀径向 2–3 mm、轴向 10–15 mm 没有问题。

也用于切缝加工。刀具比成品槽窄，可分两刀开槽，通过偏置控制宽度，这通常比用键槽铣刀直接保证槽宽更快。在我们 27 台三轴机床上，Ø3 mm 以上的槽宽均可实现。

曲面加工是它的强项。模具镶件上的轮廓壁、与凸台相接的圆角、汽车支架上的扫掠轮廓：当步距保持在 0.5 mm 以下时，侧齿留下的残脊高度一致。

还有一种情况。当零件薄、工装刚性不足时，采用小径向切深的立铣刀比用大面铣刀强力切削同一侧壁对装夹产生的侧向载荷更小。

不要用它垂直下刀从实体开型腔。没有过中心切削几何，刀具无处剪切。如果必须进入，钢件以 2–3°、铝件最多 5° 斜向下刀，或采用半径大于刀具直径一半的螺旋下刀。

不要指望它修整大平面。Ø16 mm 刀具在 300 mm 平面上以 0.3 mm 轴向切深加工速度慢，且表面会留下步距痕迹。Ø100 mm 刀体的面铣刀用很短时间就能完成同样工作。

不要在长悬伸下使用。立铣刀悬伸达到 4× 直径时会产生让刀。在 4140 钢中，这种让刀表现为侧壁带锥度，而再多的精加工走刀也无法修正粗加工已经歪斜的侧壁。

不要在排屑不良的深槽加工中使用细长刀具。窄槽中重复切削切屑会迅速升温。如果槽深超过 2× 直径，应安排吹气或内冷，并降低每齿进给，直到切屑顺利排出。

在采用滚珠丝杠、反向间隙小的机床上，立铣刀默认采用顺铣。刀齿以最大切屑厚度切入、以零切屑厚度切出，切削力将工件推离侧壁，而不是把刀具拉入侧壁。结果是侧壁更直，刀具寿命更长。

径向切深对刀具寿命的影响大于转速。在直径的 10% 时，热量随切屑带走，刀具温度低。超过 50% 时，同一把刀具加工同一材料会提前失效，因为切屑变厚，容屑槽无法排出。

精加工走刀时，若要求侧壁保持在 ±0.005 mm 以内，步距应控制在 0.5 mm 以下。超过这个值，刀具圆角留下的残留就会计入公差链。

加工深壁时，应选用较短的刀具并分多次轴向走刀，而不是用一把长刀一次切完。Ø10 mm 刀具悬伸 30 mm 与同一把刀悬伸 60 mm 是完全不同的刀具，即使零件号相同。

立铣刀可以达到 ±0.005 mm（±0.0002 in），但单靠刀具本身做不到。刀具、刀柄、机床和零件的热状态都有影响。径向跳动 0.02 mm 的刀具，无论程序多好，都保不住 0.005 mm 的侧壁。

表面质量与尺寸同样重要。用锋利的四刃刀具、小步距切削的侧壁，表面粗糙度在 Ra 0.8–1.6 μm 范围。如果图纸要求 Ra 0.2–0.8 μm，应安排一道单独的精加工，用新刃口、步距小于 0.2 mm。

零件关键时应在机床上测量。铝件冷却时会变形，刚切完测出超差 0.004 mm 的侧壁，十分钟后可能正好合格。所有零件经 100% 检验后发货，可应要求提供报告。

如果几何形状超过三个面，在三轴机床上用立铣刀就意味着多次重新装夹，每次装夹都会增加误差。我们 16 台五轴加工中心同时加工，一次装夹切五个面，完全消除这部分误差链。