球頭銑刀高速銑削加工的應用過程介紹：
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，因為刀刃圓角半徑與zui小切屑厚度之間的關系確定了切屑的形成過程。 使用精密球頭銑刀時，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，已在一些文獻中進行了研究。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階段（見圖1）。
（a）銑削過程的滑移模型
（b）滑移過程的幾個階段
圖1 切削刀f與切削厚度h之間的關系
在*階段切屑產(chǎn)生分離。zui小切削厚度hmin確定了這種連續(xù)切屑的下限。低于zui小切削厚度hmin就不再產(chǎn)生切屑，而是實際上產(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，因為切削厚度沿刀刃是變化的。在此區(qū)域工件材料或多或少在超過相應的界*產(chǎn)生變形。 在zui小切削厚度hmin以內(nèi)的區(qū)域所遇到的切削力在有的文獻中稱犁刮力（ploughing），該過程稱犁刮過程。 在第三階段，zui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。
刀刃幾何形狀：前角:a=0°，后角:a=12°
刀具狀態(tài)：新
圖2 刃具材料對刀刃圓角的影響
圖3 正交過程示意
圖4 球頭銑刀銑削加工切屑形成過程
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，當有0.2×0.2mm的保護棱時，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。 有文獻對高速區(qū)的精密外圓銑之間的關系進行了描述，對加工表面的形狀、特性在考慮到加工工藝的條件下進行了研究。 由于球形銑刀銑削時切屑的形成有其特殊性，上述結(jié)果對球頭銑刀不能*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zui簡單的情況出發(fā)zui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，刀刃做曲線運動，包括旋轉(zhuǎn)的切削運動和平移的進給運動，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zui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)過三個階段在用球頭銑刀加工時，要區(qū)分（作為加工參數(shù)與刀具直徑相關的）名義切削速度和沿刀刃變化的實際切削速度。根據(jù)（1）式可以算出實際切削速度： vsp=vc/ls=pdzn/ls （1）
則切屑的速度為 vs=pdzncosy/cos（f-g） （2）
由于球頭銑刀刀刃所處的半徑是變化的，從而導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。因為在較高的切削速度下，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)生壓應力。這將增大加工工件材料的變形阻力和分離阻力。
圖5 球頭銑刀切削力的關系
4 切削力圖5表示了球頭銑刀切削力與圓形刀刃處切屑形狀的關系。 用球頭銑刀加工時，切屑的形成包括了全部的三個階段，因為切屑厚度從銑刀的尖部處開始沿著刀刃不斷增加直到相應的zui大值。根據(jù)進刀量在進刀方向的示意圖可以推測，zui小切屑厚度應位于刀尖部位。在前角cs>cmin的范圍內(nèi)，屬于正常的切削加工其切削力由切削應力組成（圖5）。 由于在銑刀刀尖附近的切屑厚度h=0，刀尖將以進給速度v在被加工表面移動。在p2與p3之間切屑厚度小于hmin，此間將有犁刮力p產(chǎn)生（圖5）。在p力的作用下工件材料沿刀刃流動，在p3與p4之間產(chǎn)生力q，此處工件材料不再流動，而是緊壓在刀刃上。相應的犁刮力p和q也增大了切削力。因此zui終的切削力將包含f,p和q三部分。根據(jù)圖5,切削力可用（3）式計算： fc=f1+p1+q1 （3）
此處的切削力是按f-f1，p-p1和q-q1的投影計算。（3）式中每部分取決于切削厚度h。當切削厚度遠大于刀刃圓角時，分力f1將與刀刃圓角半徑無關，p1,q1將與切屑厚度無關。此時，切削厚度增加，f1也相應增加，而p1和q1則保持不變。如果切削厚度h小于等于刀刃圓角半徑r，則p1和q1起主導作用，因此加工表面質(zhì)量變差，刀具磨損加大。為此在優(yōu)化加工參數(shù)時，對于給定刀刃圓角，所選的加工參數(shù)應能使p1和q1相對于f1非常小。5 結(jié)論研究表明，球頭銑刀在高速銑削時，刀刃圓角與加工參數(shù)之間的關系對加工質(zhì)量有明顯影響。zui小切削厚度hmin取決于參數(shù)r，zui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zui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驗研究來確定，因此有待進一步研究。