螺旋角大小
1 螺旋刃立銑刀的基本特性與問題的提出
立銑刀的基本刃口形狀（螺旋槽形狀）有直形和螺旋形兩種.由於螺旋刃立銑刀相對於直刃具有切削輕快、平穩、效率高和使用範圍廣等優點，因此在銑削加工中得到了廣泛應用.根據加工設備和加工對象的不同要求，螺旋刃立銑刀有左刃、右刃和左螺旋、右螺旋之分的4種不同組合〔1〕，其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的軸向切削阻力有把立銑刀從刀夾中拔出的趨勢，需採用拉緊螺栓克服軸向切削阻力.而左刃右螺旋和右刃左螺旋的軸向切削阻力剛好把立銑刀壓向夾頭方，故多採用錐柄加扁尾，以適應大功率切削.因為右刃右螺旋立銑刀可讓切屑沿排屑槽向柄部排出，易保証切削的平穩進行，符合機床主軸旋向標准，在高性能夾頭的支援下裝卸方便，所以，其使用範圍最廣，使用量最大.實際應用中的螺旋刃立銑刀，其螺旋角通常在30°～45°。
在刀具原理、設計和應用技術領域，根據工件材料、刀具材料及切削加工諸參數的不同，有關螺旋刃立銑刀的切削力、扭矩、切削功率及前角、後角等主要刀具角度的設計計算公式、實驗數據與使用經驗等資料很多，但有關螺旋角大小與立銑刀加工性能的討論和資料介紹很少.一般認為，螺旋刃立銑刀的螺旋角β就是刃傾角λs，但有關刃傾角的介紹和討論主要以車削加工為主線展開，而銑削和車削畢竟有許多不同之處，因此不可能完全適用.對銑削而言，通常認為較大的螺旋角可以增加同時工作的齒數，減少銑削過程中的沖擊和增加其平穩性〔2〕，並使立銑刀刀刃鋒利、實際前角增大.除此之外，螺旋角的大小對立銑刀的性能究竟還會產生什麼樣的影響呢？刀具角度之間是相互聯系和影響的.不妨首先通過實驗和實際加工例，取得初步認識和相關知識，為進一步的深入探討做准備。
2 螺旋角與2刃立銑刀銑槽實驗
實驗在立式加工中心上進行.採用直徑 12mm的不同螺旋角的2刃立銑刀，銑寬度×高度為12mm×12mm的槽，並以加工後槽的底面為基準，測量槽的兩側面的垂直度誤差（側面最大變形量ΔX），通過比較誤差值的大小來評價螺旋角大小對立銑刀銑槽時加工精度的影響.被切削材料為硬度28HRC的碳素鋼.實驗中各刀具的切削參數統一為：進給速度50mm/min，切削速度29m/min，吃刀深度12mm.切削中冷卻液選用油性.實驗結果如圖1所示。
從實驗結果可以看出：
(1) 逆銑側總是出現過切，而與之相反，順銑側總是出現漏切，且過切量和漏切量的最大點在立銑刀伸出最遠處.這一點符合逆銑、順銑時的刀具變形規律和刀具伸出長度的變形規律.
(2) 立銑刀的螺旋角小於30°前，不管是順銑側還是逆銑側,垂直度誤差值都隨螺旋角的增大而增大.螺旋角大於40°以後，又隨螺旋角的增大而變小.因此，可以認為立銑刀有較小的螺旋角或有較大的螺旋角時，其銑槽加工的形狀精度高.
(3) 從加工精度看，在螺旋角為0，即切削刃為直刃時精度最高.但從立銑刀螺旋角的基本特性可知，這時完全呈斷續切削，切削沖擊力大，對刀具本身的製作精度要求高，加工精度對刀具本身精度的依賴性很強，刀具的使用壽命短.所以，實際應用中應根據具體情況辯証地考慮.
3 螺旋角與4刃立銑刀銑側面實驗
在立式加工中心上，用螺旋角分別為30°和55°度的4刃立銑刀銑側面，比較兩種立銑刀隨切削寬度（徑向吃刀量）的變化對加工精度的影響.立銑刀直徑為 25mm，被切削材料為硬度94HRB的45號鋼.切削全部採用順銑方式和幹式切削.切削參數統一為：進給速度100mm/min，切削速度26m/min，切削深度38mm.加工後所測得的垂直度誤差、平面度誤差和表面粗糙度值如圖2所示.
可以看出，在切削寬度不是特別大時，55°的大螺旋角立銑刀比30°螺旋角立銑刀的加工精度高.這一點與圖1的銑槽實驗結果相吻合.分析其原因，可以認為這是由於當切削寬度較小時，螺旋角較大的立銑刀實際前角大，刃口鋒利，切入性好﹔切向切削阻力小，減小能量消耗和刀具變形，切削輕快﹔切削刃與被切削麵的接觸點多，使立銑刀切入和切出時比較平穩，切削阻力的波動小，減弱了加工中對立銑刀的振動激勵等因素的綜合效應所致.
4 螺旋角特性的歸納
(1) 螺旋角與切削阻力：切向切削阻力隨螺旋角的增大而減小，軸向切削阻力隨螺旋角的增大而增大.
(2) 螺旋角與前角：螺旋角的增大使立銑刀實際前角增大，刃口更加鋒利.
(3) 螺旋角與被加工面精度：一般被加工面的垂直度和平面度公差值隨螺旋角的增大而增加，但螺旋角大於40°以後反而隨螺旋角的增大而呈減小趨勢.
(4) 螺旋角與刀具壽命：圓周刃刃帶的磨損速度與螺旋角大小基本成正比﹔另一方面，當螺旋角很小時，輕微的刀具磨損也將明顯降低刀具的切削性能，引起振動，使刀具無法繼續使用.當螺旋角過大時，刀具剛性變差，壽命減低.
(5) 螺旋角與被切削材料：加工硬度低的軟質材料時，用大螺旋角，以增大前角，提高刃口的鋒利性﹔加工硬度高的硬質材料時，用小螺旋角，以減小前角，提高刃口的剛性.
5 結束語
螺旋角是螺旋刃立銑刀的主要參數之一，螺旋角大小的改變對刀具的切削加工性能有很大影響.隨著數控加工技術和柔性製造技術的發展，在刀具製造工藝上改變螺旋角的大小已成為可能和非常簡便.如果進一步深入研究螺旋角大小對螺旋刃立銑刀切削性能的各種影響，在製造和選用螺旋刃立銑刀時，結合機床和工裝卡具的性能，根據被加工材料的性能及加工精度、加工效率以及刀具材料和刀具壽命等因素綜合考慮，優化螺旋角的大小，無疑會對促進高效、高精銑削加工起重要作用。
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立銑刀的基本刃口形狀（螺旋槽形狀）有直形和螺旋形兩種.由於螺旋刃立銑刀相對於直刃具有切削輕快、平穩、效率高和使用範圍廣等優點，因此在銑削加工中得到了廣泛應用.根據加工設備和加工對象的不同要求，螺旋刃立銑刀有左刃、右刃和左螺旋、右螺旋之分的4種不同組合〔1〕，其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的軸向切削阻力有把立銑刀從刀夾中拔出的趨勢，需採用拉緊螺栓克服軸向切削阻力.而左刃右螺旋和右刃左螺旋的軸向切削阻力剛好把立銑刀壓向夾頭方，故多採用錐柄加扁尾，以適應大功率切削.因為右刃右螺旋立銑刀可讓切屑沿排屑槽向柄部排出，易保証切削的平穩進行，符合機床主軸旋向標准，在高性能夾頭的支援下裝卸方便，所以，其使用範圍最廣，使用量最大.實際應用中的螺旋刃立銑刀，其螺旋角通常在30°～45°。
在刀具原理、設計和應用技術領域，根據工件材料、刀具材料及切削加工諸參數的不同，有關螺旋刃立銑刀的切削力、扭矩、切削功率及前角、後角等主要刀具角度的設計計算公式、實驗數據與使用經驗等資料很多，但有關螺旋角大小與立銑刀加工性能的討論和資料介紹很少.一般認為，螺旋刃立銑刀的螺旋角β就是刃傾角λs，但有關刃傾角的介紹和討論主要以車削加工為主線展開，而銑削和車削畢竟有許多不同之處，因此不可能完全適用.對銑削而言，通常認為較大的螺旋角可以增加同時工作的齒數，減少銑削過程中的沖擊和增加其平穩性〔2〕，並使立銑刀刀刃鋒利、實際前角增大.除此之外，螺旋角的大小對立銑刀的性能究竟還會產生什麼樣的影響呢？刀具角度之間是相互聯系和影響的.不妨首先通過實驗和實際加工例，取得初步認識和相關知識，為進一步的深入探討做准備。
2 螺旋角與2刃立銑刀銑槽實驗
實驗在立式加工中心上進行.採用直徑 12mm的不同螺旋角的2刃立銑刀，銑寬度×高度為12mm×12mm的槽，並以加工後槽的底面為基準，測量槽的兩側面的垂直度誤差（側面最大變形量ΔX），通過比較誤差值的大小來評價螺旋角大小對立銑刀銑槽時加工精度的影響.被切削材料為硬度28HRC的碳素鋼.實驗中各刀具的切削參數統一為：進給速度50mm/min，切削速度29m/min，吃刀深度12mm.切削中冷卻液選用油性.實驗結果如圖1所示。
從實驗結果可以看出：
(1) 逆銑側總是出現過切，而與之相反，順銑側總是出現漏切，且過切量和漏切量的最大點在立銑刀伸出最遠處.這一點符合逆銑、順銑時的刀具變形規律和刀具伸出長度的變形規律.
(2) 立銑刀的螺旋角小於30°前，不管是順銑側還是逆銑側,垂直度誤差值都隨螺旋角的增大而增大.螺旋角大於40°以後，又隨螺旋角的增大而變小.因此，可以認為立銑刀有較小的螺旋角或有較大的螺旋角時，其銑槽加工的形狀精度高.
(3) 從加工精度看，在螺旋角為0，即切削刃為直刃時精度最高.但從立銑刀螺旋角的基本特性可知，這時完全呈斷續切削，切削沖擊力大，對刀具本身的製作精度要求高，加工精度對刀具本身精度的依賴性很強，刀具的使用壽命短.所以，實際應用中應根據具體情況辯証地考慮.
3 螺旋角與4刃立銑刀銑側面實驗
在立式加工中心上，用螺旋角分別為30°和55°度的4刃立銑刀銑側面，比較兩種立銑刀隨切削寬度（徑向吃刀量）的變化對加工精度的影響.立銑刀直徑為 25mm，被切削材料為硬度94HRB的45號鋼.切削全部採用順銑方式和幹式切削.切削參數統一為：進給速度100mm/min，切削速度26m/min，切削深度38mm.加工後所測得的垂直度誤差、平面度誤差和表面粗糙度值如圖2所示.
可以看出，在切削寬度不是特別大時，55°的大螺旋角立銑刀比30°螺旋角立銑刀的加工精度高.這一點與圖1的銑槽實驗結果相吻合.分析其原因，可以認為這是由於當切削寬度較小時，螺旋角較大的立銑刀實際前角大，刃口鋒利，切入性好﹔切向切削阻力小，減小能量消耗和刀具變形，切削輕快﹔切削刃與被切削麵的接觸點多，使立銑刀切入和切出時比較平穩，切削阻力的波動小，減弱了加工中對立銑刀的振動激勵等因素的綜合效應所致.
4 螺旋角特性的歸納
(1) 螺旋角與切削阻力：切向切削阻力隨螺旋角的增大而減小，軸向切削阻力隨螺旋角的增大而增大.
(2) 螺旋角與前角：螺旋角的增大使立銑刀實際前角增大，刃口更加鋒利.
(3) 螺旋角與被加工面精度：一般被加工面的垂直度和平面度公差值隨螺旋角的增大而增加，但螺旋角大於40°以後反而隨螺旋角的增大而呈減小趨勢.
(4) 螺旋角與刀具壽命：圓周刃刃帶的磨損速度與螺旋角大小基本成正比﹔另一方面，當螺旋角很小時，輕微的刀具磨損也將明顯降低刀具的切削性能，引起振動，使刀具無法繼續使用.當螺旋角過大時，刀具剛性變差，壽命減低.
(5) 螺旋角與被切削材料：加工硬度低的軟質材料時，用大螺旋角，以增大前角，提高刃口的鋒利性﹔加工硬度高的硬質材料時，用小螺旋角，以減小前角，提高刃口的剛性.
5 結束語
螺旋角是螺旋刃立銑刀的主要參數之一，螺旋角大小的改變對刀具的切削加工性能有很大影響.隨著數控加工技術和柔性製造技術的發展，在刀具製造工藝上改變螺旋角的大小已成為可能和非常簡便.如果進一步深入研究螺旋角大小對螺旋刃立銑刀切削性能的各種影響，在製造和選用螺旋刃立銑刀時，結合機床和工裝卡具的性能，根據被加工材料的性能及加工精度、加工效率以及刀具材料和刀具壽命等因素綜合考慮，優化螺旋角的大小，無疑會對促進高效、高精銑削加工起重要作用。
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