槽铣刀容屑槽的优化和改进

程显敏

（哈尔滨量具刃具集团有限责任公司，哈尔滨 150040）

1 引言

槽铣刀又叫三面刃铣刀，属于粗加工用铣削刀具，主要应用在沟槽、台阶面等加工场合，两端刃和周刃同时参与切削并且属于封闭或半封闭加工的类型，在切削深槽过程中，切屑被封闭在容屑槽内，只有在刀齿切离工件时切屑才会被排出，这就要求槽铣刀的容屑槽空间要足够容纳未排除的切屑，否则就会增加切削阻力，影响正常切削。

2 切削试验

如何合理地优化槽铣刀的容屑槽尺寸，是槽铣刀设计过程中不容忽视的问题。为了进一步了解槽铣刀的排屑及容屑情况，我们对未改进的354L5B315-10 型号的槽铣刀进行了切削试验,试验分四种切削参数进行：（1）ae=10mm，Vc=228m/min，fz=0.1mm；（2）ae=25mm，Vc=400m/min，fz=0.15mm；（3）ae=35mm，Vc=330m/min，fz=0.15mm；（4）ae=70mm，Vc=400m/min，fz=0.17mm。

当ae=10mm、25mm、35mm 时切削较浅，切屑较短，卷曲的体积较小，刀齿很快切离工件，切屑易于排出，所以不会出现排屑问题，切屑正常（如图1）；当ae=70mm 时,切屑较长，卷曲的体积较大，并且刀齿切削工件的时间较长，切屑被封闭在容屑槽内，而容屑空间不够就会产生对切屑的作用力，使切屑发生挤压变形，不能正常卷曲，堆叠在一起（如图2）。影响正常切削，严重时还会塞满容屑槽使刀片崩刃。

图1 正常切屑

图2 非正常切屑

从图1 可以看出，我们试验得到的正常切屑为受到工件阻碍折断后的切屑。在槽铣刀切削过程中，容屑槽正是决定切削卷曲及折断的决定因素。

3 优化设计

基于这种情况我们对槽铣刀的容屑槽设计进行优化。在加工韧性金属时，根据切屑的卷曲特点通常将容屑槽设计成圆弧加斜线型，在实践中发现，如果容屑槽的设计参数不同，效果就不一样，当容屑槽参数较合理时，容屑槽对切屑的作用是顺其自然略加疏导，切屑卷曲成图3 所示的屑卷，就像图1 所示的切削情况，当容屑槽参数不合理时，容屑槽对切屑产生阻碍，使之不能正常卷曲，堆叠在一起（如图4），也就是图2的切削情况。所以我们在设计容屑槽时，在保证刀体强度的前提下，应尽量使容屑空间大，尤其是斜线角度尽量大，使之形成敞开式空间，圆弧R 不要过大或过小，它会影响切屑的曲率半径，从而影响切屑卷曲后体积的大小，一般根据空间的大小取R=4～10mm。

图3

图4

切屑能否正常卷曲还与容屑槽的体积有关，当容屑空间不够时势必会阻碍切屑的卷曲。槽铣刀容屑槽到底能容纳多少切屑，这需要我们进行一下计算，铣刀片在切削过程中，只有铣刀刀片的部位参与切削工件，所以切削产生的切屑的体积只有铣刀刀片的部位，故容屑槽体积的计算只用铣刀片部分的容屑槽体积。

计算公式为：V1=S×as，式中，V1为容屑槽的体积，S为容屑槽截面，as刀片切削刃厚度，图5中，容屑槽体积为0.628cm3。

图5

图6

切屑的体积公式为V2=L×fz×as，式中V2为切屑的体积，L为切屑未折断的长度，fz为每齿进给量，as刀片切削刃厚度。

根据弧长公式L=N×π×R/180，式中N为圆心角，R为铣刀半径。当ae=70mm，L为直径315、铣刀圆心角为56°的弧长为153.86mm，（如图7）切屑的体积为0.124cm3，由于切屑卷曲蓬松体积发生变化我们需要引入一个蓬松系数K，经验值一般取K=10，那么切屑的实际体积为V2=0.124×10=1.24cm3＞容屑槽体积0.628cm3，很明显容屑空间不够用。

图7

图8

根 据 分 析，对354L5B315-10 型号的槽铣刀进行了改进，容屑槽设计成如图8 所示形式，将斜线角度加大，从而使容屑槽的体积加大，改善后容屑槽体积V1=1.4cm3＞V2=1.24cm3，通过试验，切削状况得到明显改善，尤其是切深槽时没有发生切屑积压现象。

4 其他因素分析

切屑的折断与卷曲还和铣刀的几何角度有关，尤其是铣刀的前角，轴向前角影响切屑的流向，径向前角影响切屑的受力以及折断情况，现在许多铣刀片的各种断屑槽型就是为了合理地控制切屑的流向、折断及剥离设计的［1］。另外，还要合理地选择切削参数，控制切屑的厚度，以便于切屑的折断和卷曲。所以在优化槽铣刀排屑槽尺寸的同时，我们还需要合理地优化槽铣刀的几何角度以及切削参数，使槽铣刀的性能更加合理化。

5 结论

通过以上分析改进，槽铣刀排屑槽的合理化过程是铣刀设计中重要的一环，许多设计如铣刀的几何角度、刀体的强度以及其他设计参数是否合理都需要这样的反复验证过程。随着金属切削技术的不断发展，对金属切削刀具的性能也要求越来越高，在设计过程中对铣刀不断优化改进，将大大提高其切削性能。

本文对槽铣刀的容屑槽进行优化设计，使其合理化，有助于铣刀切削情况的改善，从而提高铣刀的加工效率。

［1］陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具［M］.北京：机械工业出版社，2002.