高螺旋立铣刀 是当代机械加工中最重要的切削刀具之一，它们在刀具应用的许多方面都具有优越性。这些立铣刀采用陡峭的螺旋角设计，以便更好地去除切屑或切削，尤其是在高速下。在这个阶段，人们应该了解螺旋角的概念及其在选择适合特定材料和工艺的设计以提高生产率和表面光洁度方面的相关性。本指南将重点介绍高螺旋立铣刀的复杂几何形状、各个行业的使用领域以及正确的使用方法，以便让读者在加工过程中更好地选择刀具。
什么是高螺旋立铣刀？
了解螺旋立铣刀的基本设计
在高螺旋立铣刀中，螺旋几何槽用于切削刃角度大于通常的 30 度，例如 40 – 45 度。这种特殊设计至关重要，尤其是在去除材料时，因为它有助于形成锐角，从而更容易去除切出的切屑。此外，切削刀具的螺旋形状可提高其刚性并减少振动，从而提高稳定性和准确性。槽的轮廓也很重要，因为如果槽少，切屑去除效果会更好；另一方面，如果齿数更多，修整切削次数越多，表面效果越好。选择合适的刀具至关重要 加工时立铣刀，具有适合加工材料的最佳螺旋角和最佳槽形配置，以便在加工过程中高效工作。
螺旋角对立铣刀性能的影响
螺旋角对立铣刀性能的影响尤其巨大，因为它们与各种加工操作中的切削效率、切屑去除和稳定性有关。螺旋角较大的立铣刀往往大于三十度，有利于切屑更好地流动，减少切削力，从而实现更光滑的表面和更长的刀具寿命。另一方面，如果螺旋角较小，则在某些情况下它们是首选，例如在加工硬质材料时。在这种情况下，它有助于增强对切削刀具振动的控制。换句话说，选择与狗骨材料和首选加工工艺相对应的角度对于提高加工工艺的性能和精度至关重要。
使用高螺旋立铣刀的优势
高螺旋立铣刀具有多项优势，可大幅提高加工性能。首先，该设计可有效排屑，并最大限度地减少切屑再循环的可能性，从而减少刀具的发热和损坏。由于切屑不会滞留在切削区，因此刀具寿命更长，表面质量更好。高螺旋角还可降低切削力，从而最大限度地减少施加在切削刀具和加工部件上的负载，提高精度，这也是其一大优势。当需要加工需要光滑表面的较软金属时，这一特性非常有用。高螺旋立铣刀还具有更高的刚性和阻尼，可提高加工过程中的稳定性，从而实现更高的进给率和生产率。
螺旋角如何影响切削性能？
对排屑和切削力的影响
主轴刀片螺旋角和转速的结合对于加工来说是必要的，因为它决定了切屑离开切削区域的速度和产生的切削力水平。增加螺旋角会增加切削动作的积极性，进而促进切屑的流动。这有利于减轻切屑在刀具区域内的堆积，从而最大限度地降低刀具堵塞的可能性以及刀具上热应力。另一方面，低角度刀具可以加工更复杂的材料，并有助于去除固定在工件上的切屑，更有效地稳定切削力，从而消除振动。鉴于上述情况，必须注意的是，过多或不利的螺旋角会导致浪费的加工实践，这直接导致刀具浪费，并可能由于操作过程中切削刀具的不良偏转而危及加工零件的精度。
高螺旋角与低螺旋角
在加工过程中，高螺旋角和低螺旋角的刀具会显著影响切削效率和刀具的操作。由于加工过程中受力容易、切屑排出适当以及材料不易在刀尖上堆积，因此大多数螺旋刃的清除角保持在 30-45 度之间。此外，由于这些微小结构由坚固的材料制成，因此由于其切割接触面积大，刀具磨损也较少，并能提高表面质量。
另一方面，在处理刚性更强的材料时，20 到 30 度之间的螺旋角更为有效。使用如此小的角度时，作用在刀具上的径向力会增加，从而提高刀具的稳定性并防止刀具振动和偏转。这种稳定性对于保持准确的尺寸极限以避免刀具断裂至关重要。包含低螺旋角的区域会导致切削速度变慢，这可能会使切屑难以去除并导致刀具过热，从而导致刀具磨损，因此需要进行适当的规划。因此，决定使用哪个角度的因素必须是所讨论的材料、加工后的预期结果以及机器参数。
为您的加工应用选择正确的螺旋角
为加工应用选择合适的螺旋角取决于加工材料、所需的表面光洁度和使用用途。行业内和专家建议的普遍观点是，对于需要加工的较软材料，在大多数情况下应使用高螺旋角（30 到 45 度），因为这样可以提高效率并获得更光滑的表面光洁度。然而，对于更复杂的材料，低螺旋角（20 到 30 度）具有稳定性、较低切削力和振动减少等优点，这些优点对于精度至关重要。进给率、切削速度和刀具几何形状等与螺旋角选择有关的参数必须相互考虑，以最大限度地提高性能并延长刀具寿命。在这方面，加工专家应该分析实际任务的特性，因为它们是选择螺旋角的材料基准，包括它们的来源。
哪些材料适合高螺旋立铣刀？
使用铝合金
由于铝合金密度低且可加工性好，因此非常适合大螺旋角立铣刀。大螺旋角可改善铝制刀具切削过程中的切屑去除过程，从而防止形成积屑瘤并提高表面质量。例如，大多数从业者使用大螺旋角立铣刀进行高速加工，因为这种技术可以在铝上产生可测量的所需表面质量，因为刀具可以有效控制材料的柔软度。在应用各种切削参数（例如进给和速度）时必须非常小心，以免超过阈值，否则会导致刀具过热和钝化，从而分别影响刀具的效率和耐用性。
在钢和其他合金上使用高螺旋立铣刀
高螺旋立铣刀也可用于加工钢和其他合金，但必须谨慎，因为必须考虑材料特性。在使用更硬的材料（如不锈钢）加工工件时，径向切削刃的数量越多，切屑从工件上去除的效果就越好。这种设计有助于更有效地使用刀具，因为减少了切削力和加工负荷，从而可以提高进给率，获得更好的精度。尽管如此，为了满足排屑和边缘强度需求，应在 30 到 45 度之间选择合适的螺旋角，尤其是钢。此外，必须考虑切削参数（如速度、进给率和冷却方法），以防止过热，过热会导致刀具损失或损坏。这类刀具在常规进给和低切削速度下，表面光洁度好，性能最佳，从而降低切削刀具的磨损。
如何优化高螺旋立铣刀的刀具寿命？
减少工具偏转的最佳实践
减少刀具偏转对于保持精度和最大限度延长加工的高螺旋立铣刀的使用寿命至关重要。根据现有的最佳行业数据，以下列出了几种最佳实践：
- 使用较短的刀具长度：避免使用较长的切削刀具，而是尽可能使用较短的切削刀片，因为降低刀具高度可最大程度地减小力臂，从而最大程度地减少由底切负载引起的偏转。为最小化悬伸而设计的立铣刀可在操作过程中最大程度地提高刀具的刚性和稳定性。
- 优化刀具路径：刀具的有效路径对于降低切削力大有裨益。采用包括自适应刀具路径和顺铣在内的技术有助于减少刀具与材料的接触量，从而降低刀具负载，进而减少偏转。
- 材料和刀具选择：合适的刀具材料、几何形状和材质必须能够承受并高效地完成复杂材料上超过给定阈值的工作。使用具有高刚性和耐磨性的刀具材质来消除切削过程中的弯曲应力。
- 优化夹紧和设置：提供适当的夹紧压力等不同方法对于防止工件内部的冲击和运动至关重要。夹具的正确布置可以显著影响工件和切削刀具的稳定性，从而提高精度。
- 调整切削参数：应确定最佳切削速度和进给，以减轻刀具上的任何不当力并保持生产率。使用较慢的进给率结合最佳主轴速度可能有助于减少偏转。
通过采用此类技术，操作人员将能够获得更高的加工效率和精度，同时延长大螺旋立铣刀的使用寿命。
减少颤动和振动的技术
- 引入阻尼解决方案：在机器设置中引入阻尼材料或组件有助于防止振动和减少颤动。这可能包括粘弹性材料或能量吸收隔振支架。
- 刀具几何形状优化：例如，改变刀具的圆角半径和凹槽形状可以软化负载分布。这种改变可以增强切削作用，同时最大限度地减少引起振动的可能性。
- 机床刚度：如果采取措施确保机床结构坚固、完好，振动将大大减少。定期检查机床磨损情况，并使用更坚固的机床结构来提高稳定性。
- 动态平衡：工作场所程序包括使用前对工具进行动态平衡，以避免使用过程中产生振动。不平衡的工具在操作过程中会引起过度振动。因此，需要定期检查和纠正，以确保工具正常运行。
这样，制造商可以减少大量的颤动和振动，从而改善加工结果、刀具寿命和表面质量。
保持切削刃完整性以延长刀具寿命
注意刀刃的完整性对于确保切削刀具的使用寿命和有效性至关重要。其中一些关键因素包括：
- 正确选择刀具：提高切削刃性能取决于选择适合加工用途的刀具材料和涂层。此类刀具可以由高速钢或硬质合金制成，并可涂有高性能 TiN 或 TiAlN，均具有耐热和耐磨性。
- 最佳切削参数：找到给定加工方案的切削速度、进给率和切削深度至关重要。将所有工作变量保持在商定的限度内可防止切削刃过热和过度负载，从而防止崩刃或拉丝。
- 定期工具检查：这有助于确定工具的磨损程度和可能的边缘损坏程度，这些损坏程度对工具的操作性能还不是至关重要的。因此，预防性维护可以避免在计划外的时间发生工具故障，并避免因机器故障而造成进一步的生产损失。
- 冷却和润滑：适当的切削液和润滑系统可以降低环境温度和切削刃上的热摩擦。这有助于保持刀刃锋利，并减少氧化或热相关疲劳。
通过遵循这些做法，制造商可以确保较长的切削刃、更长的刀具寿命以及更高的加工操作生产率。
什么时候应该使用硬质合金立铣刀而不是其他材料？
硬质合金立铣刀在高螺旋角应用中的优势
在高螺旋应用中， 硬质合金立铣刀 有几个明显的优势，主要归功于良好的设计和机械性能：
- 提高切屑去除率：在 硬质合金立铣刀，螺旋角非常陡峭，因此在强力切削操作中使用此切削刀具进行切削时，可以有效去除切屑。因此，由于这些特点，可以经济地提高进给率，同时获得更好的表面光洁度。
- 提高刀具强度和耐磨性：硬质合金具有优于其他成分的特性，即强度、冷磨损和刀尖磨损。刀具的这种长寿命是有利的，特别是在高速和高效加工过程中，而自由切削刀具的退化会增加。
- 提高精度和表面光洁度：高螺旋硬质合金立铣刀具有此功能，因此切割更平滑，振动减少，颤动更少或没有颤动。此功能有助于提高精度并提高成品的等级，这在需要高精度的情况下尤为重要。
这些互补的功能使得选择 硬质合金立铣刀 最适合高螺旋应用，并提高加工操作的效率和效果，特别是在通用端铣工艺中。
硬质合金立铣刀与高速钢及其他替代刀具的比较
当将硬质合金立铣刀与高速钢和其他替代品进行对比时，需要考虑几个参数，例如材料的特性、成本以及对各种应用的适用性。
- 材料特性：与 HSS 立铣刀相比，硬质合金立铣刀具有出色的硬度和耐磨性，因此在高速工作或使用磨料时效率更高。相反，HSS 立铣刀具有一定程度的灵活性并能抵抗冲击载荷，但耐用性较差，需要经常更换。
- 成本考虑：使用硬质合金立铣刀的初始成本通常高于 HSS 刀具；但是，由于刀具寿命更长、加工性能更好，操作/成本有时会降低。用户通常会发现，最初购买硬质合金的成本可以通过不频繁的更换和最少的时间损失来收回。
- 应用适用性：立铣刀最适用于需要大量进给且精度高、速度快的情况。其他低端应用，如较软或预算有限的应用中的 HSST，仍有立铣刀可以立足的领域。
总之，尽管提供的证据表明硬质合金立铣刀在性能和耐用性方面具有显著优势，但在某些情况下，当主要关注的是材料的成本和类型时，高速钢刀具可能仍然具有优势。这平衡了这些选择，并表明特定的加工需求和目标将决定它们。
参考来源
常见问题 (FAQ)
问：什么是立铣刀螺旋角？
答：立铣刀螺旋角是槽圆柱部分相对于立铣刀所在轴线的角度。切屑的排出和切削性能取决于此参数。30° 至 60° 之间的螺旋角是标准，而螺旋角较大的切削刀具通常具有更好的切屑排出和切削性能。
问：较大的螺旋角如何影响立铣刀的性能？
答：增加轴向前角也会增大立铣刀腔的最终倾斜度，从而避免在切削过程中产生切屑。60° 等角度通常会导致快速切削，切削过程平稳且易于去除切屑。这有助于改善表面光洁度并提高进给率，但可能会降低刀具的刚性，尤其是在加工刚性更大的材料时。
问：使用大螺旋立铣刀有哪些优点？
答：高螺旋立铣刀具有多种优势，包括改进的切屑去除和切削力以及更高的进给率，并且易于使用，即使是硬金属也是如此，尤其是使用方形立铣刀高效铣削硬质材料，具有加工轮胎的高效性，并且适用于高硬度材料。此外，高螺旋刀具可在某些条件下最大限度地减少或消除振动，并改善表面光洁度。
问：对于特定的材料，立铣刀螺旋角的最佳切削效率范围是多少？
答：最佳螺旋角因材料而异。铝等较软的材料更适合将理想最大角度增加到 50° 到 60° 之间，这样可以实现更好更快的进给速度，甚至更好的排屑效果。然而，较硬的材料更适合将理想最大角度降低到 30° -45°，这样可以提供额外的强度和稳定性。机械师在选择所需的铣刀时应考虑材料特性。
问：您认为标准立铣刀与可变角度螺旋立铣刀相反吗？
答：对于标准立铣刀，整个刀槽长度的螺旋角保持不变，而对于可变螺旋立铣刀，每个刀槽的螺旋角都不同。可变螺旋设计还有助于减少切削时的谐波和振动，以解决薄壁加工或复杂材料加工过程中的任何潜在问题或复杂性。
问：轴向切削深度与螺旋角的变化有何关系？
答：但是，增加螺旋角通常会降低建议的轴向切削深度。这是因为螺旋角越大，刀具能够实现的切削量就越少。例如，30° 螺旋角可能比 60° 螺旋半径允许更深的“俯冲切削”。该因素将根据刀具的用途和在具有此螺旋角的情况下选择的变形参数而变化。
问：可以使用高螺旋刀具进行开槽吗？
答：即使可以使用高螺旋刀具进行切槽，也不能将其作为所有切槽操作的首选方法。需要注意的是，当使用高螺旋角切割深槽间隙时，这些角度会将立铣刀拉入工件。当切槽全宽时，由于较低的螺旋收割角（30 – 40 度），似乎可以提供更好的稳定性和切屑去除。但是，当切槽部分宽度或切槽较软的材料时，高螺旋刀具确实表现良好。
问：进给率和螺旋角之间有什么关系？
答：通常，螺旋角越大，进给速度越快，因为切屑排出能力增强，切削力降低。但是，进给速度随螺旋角增大而增大的说法并不总是正确的。在某些情况下，非常高的螺旋角可能需要较低的进给速度，以避免过度凹陷，尤其是在硬质材料或深钝的情况下。
问：在 45° 和 60° 之间做出选择时，人们总是难以抉择，究竟该采用哪个角度？哪些因素起着重要作用？
答：选择 45° 或 60° 螺旋角时应考虑几个因素。主要因素是加工材料、切削参数要求和特定应用。45 度螺旋角为加工各种材料提供了最佳的刀具切屑装载和排出。60 度螺旋角可以处理更多的切屑，因此建议用于较软的材料和高速加工。否则，它可能缺乏加工硬质材料或深切削所需的刚性。
问：绘图员在选择立铣刀时应该多重视螺旋角？
答：是的，选择立铣刀时应考虑螺旋角，因为它对切削性能、排屑和整体加工效率有重大影响。采用正确的螺旋角可提高表面质量、提高生产率并延长刀具寿命。机器（如切割机）的操作员应注意螺旋角的其他因素，包括刀具工件、工作条件和刀具的应用。
