摘要：使用精密球頭銑刀進(jìn)行高速銑削加工可以加工出各種形狀的曲面，因而在模具生產(chǎn)及單件率件生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用、球頭銑刀高速銑削加工的切屑形成過程有它的特殊性。因而適當(dāng)選擇加工參教來調(diào)整最小切削厚度可以獲得更好的銑削過程。
1 球頭銑刀
    在模具生產(chǎn)及單件零件生產(chǎn)中，工件上的曲面一般可用球頭銑刀在三軸銑床上加工而成。但由此產(chǎn)生的主要問題是怎樣才能獲得高的表面光潔度。
    產(chǎn)品可達(dá)到的加工質(zhì)量取決于切削參數(shù)和被加工表面不斷變化的接觸條件。在使用精密球頭銑刀的情況下，銑刀刀刃圓角半徑r對加工表面的特性的影響很大，因?yàn)榈度袌A角半徑與最小切屑厚度之間的關(guān)系確定了切屑的形成過程。 
    使用精密球頭銑刀時(shí)，切屑形成過程有它的特殊性，其加工表面的形成過程還不清楚，尚待進(jìn)行系統(tǒng)的研究。包括研究刀刃形狀對加工表面宏觀幾何尺寸影響及不同切削參數(shù)條件下對切削力的影響。
2 技術(shù)現(xiàn)狀 
    刀刃圓角半徑在不同加工條件下對切削過程的影響，已在一些文獻(xiàn)中進(jìn)行了研究。根據(jù)研究結(jié)果，切屑形成過程在考慮刀刃圓角半徑的情況下可以分成三個(gè)階段(見圖1)。

                  圖1 切削刀F與切削厚度h之間的關(guān)系
    在第一階段切屑產(chǎn)生分離。最小切削厚度h_min確定了這種連續(xù)切屑的下限。低于最小切削厚度h_min就不再產(chǎn)生切屑，而是實(shí)際上產(chǎn)生塑性變形，這一過程屬于第二階段(圖1)。產(chǎn)生切削分離的刀具的刀刃幾何參數(shù)，特別是刀刃圓角半徑在這種情況下起到非常大的作用，因?yàn)榍邢骱穸妊氐度惺亲兓摹Ｔ诖藚^(qū)域工件材料或多或少在超過相應(yīng)的界限時(shí)產(chǎn)生變形。
在最小切削厚度h_min以內(nèi)的區(qū)域所遇到的切削力在有的文獻(xiàn)中稱犁刮力(ploughing)，該過程稱犁刮過程。
在第三階段，最上面的下件材料不發(fā)生變形，不產(chǎn)生分離，在后刀面與加工表面之間產(chǎn)生磨擦切削厚度h接近0。
                    
    測量結(jié)果表明，不同的刀具材料和生產(chǎn)工藝對刀具的鋒利程度有顯著的影響(圖2)。陶瓷材料刀具和CBN材料的刀具由于鑄造工藝不同和韌性較小，因而具有較大的刀刃圓角。K5F材料的刀具盡管鑄造精密，當(dāng)有0.2×0.2mm的保護(hù)棱時(shí)，有較大的變圓角和較寬的波動范圍。切削刃圓角的波動范圍越大就意味著刀刃磨削質(zhì)量越差，從而刀刃形狀就越不一致。
    有文獻(xiàn)對高速區(qū)的精密外圓銑之間的關(guān)系進(jìn)行了描述，對加工表面的形狀、特性在考慮到加工工藝的條件下進(jìn)行了研究。
    由于球形銑刀銑削時(shí)切屑的形成有其特殊性，上述結(jié)果對球頭銑刀不能完全適用。
3 球頭銑刀切屑形成過程的特殊性
    為了研究切屑形成過程，人們一般從最簡單的情況出發(fā)最簡單的切削過程情況就是圖3所不的正交切削過程。用這個(gè)模型可以解釋刨削加工或車削加工的徑向移動過程。
    在用球頭銑刀銑削加工時(shí)，刀刃做曲線運(yùn)動，包括旋轉(zhuǎn)的切削運(yùn)動和平移的進(jìn)給運(yùn)動，因此切屑就被賦予了雙重彎曲的形狀。由于這種彎曲的切入面，接觸條件沿刀刃是變化的。切屑形成過程，從刀尖的最小切屑厚度開始向更陡的刀刃部分發(fā)展。這種情況下切屑形成過程如圖4所示。
    球頭銑刀加工切屑形成過程。沿刀刃方向都經(jīng)過三個(gè)階段在用球頭銑刀加工時(shí)，要區(qū)分(作為加工參數(shù)與刀具直徑相關(guān)的)名義切削速度和沿刀刃變化的實(shí)際切削速度。根據(jù)(1)式可以算出實(shí)際切削速度： 

    由于球頭銑刀刀刃所處的半徑是變化的，從而導(dǎo)致銑刀切削表面處的切削速度是不一致的。切削速度較低的區(qū)域由于摩擦作用產(chǎn)生比切削速度較高的區(qū)域更大的載荷。此外切削區(qū)中這種不一致的切削速度加大了這種效應(yīng)。因?yàn)樵谳^高的切削速度下，切屑的形成更加容易。
    用較大直徑的銑刀在高速切削區(qū)加工表面將發(fā)生變形，工件材料上部區(qū)域晶粒的滑移將給其下方相鄰晶粒產(chǎn)生壓力，從而使下部區(qū)域的工件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。這將增大加工工件材料的變形阻力和分離阻力。

5 結(jié)論
    研究表明，球頭銑刀在高速銑削時(shí)，刀刃圓角與加工參數(shù)之間的關(guān)系對加工質(zhì)量有明顯影響。最小切削厚度h_min取決于參數(shù)r，最小切削厚度不僅影響加工表面的質(zhì)量而且還影響刀具的磨損。調(diào)整最小切削厚度可以獲得更好的銑削過程。在給定的加工條件下刀刃圓角對加工質(zhì)量的影響只有通過實(shí)驗(yàn)研究來確定，因此有待進(jìn)一步研究。