摘要：使用精密球頭銑刀進行高速銑削加工可以加工出各種形狀的曲面，因而在模具生產及單件率件生產中得到了廣泛的應用、球頭銑刀高速銑削加工的切屑形成過程有它的特殊性。因而適當選擇加工參教來調整最小切削厚度可以獲得更好的銑削過程。
1 球頭銑刀
    在模具生產及單件零件生產中，工件上的曲面一般可用球頭銑刀在三軸銑床上加工而成。但由此產生的主要問題是怎樣才能獲得高的表面光潔度。
    產品可達到的加工質量取決于切削參數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最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條件下對切削力的影響。
2 技術現狀 
    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。根據研究結果，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)。

                  圖1 切削刀F與切削厚度h之間的關系
    在第一階段切屑產生分離。最小切削厚度h_min確定了這種連續切屑的下限。低于最小切削厚度h_min就不再產生切屑，而是實際上產生塑性變形，這一過程屬于第二階段(圖1)。產生切削分離的刀具的刀刃幾何參數，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。在此區域工件材料或多或少在超過相應的界限時產生變形。
在最小切削厚度h_min以內的區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，最上面的下件材料不發生變形，不產生分離，在后刀面與加工表面之間產生磨擦切削厚度h接近0。
                    
    測量結果表明，不同的刀具材料和生產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量越差，從而刀刃形狀就越不一致。
    有文獻對高速區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，從刀尖的最小切屑厚度開始向更陡的刀刃部分發展。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。沿刀刃方向都經過三個階段在用球頭銑刀加工時，要區分(作為加工參數與刀具直徑相關的)名義切削速度和沿刀刃變化的實際切削速度。根據(1)式可以算出實際切削速度： 

    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。切削速度較低的區域由于摩擦作用產生比切削速度較高的區域更大的載荷。此外切削區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加工表面將發生變形，工件材料上部區域晶粒的滑移將給其下方相鄰晶粒產生壓力，從而使下部區域的工件表面產生壓應力。這將增大加工工件材料的變形阻力和分離阻力。

5 結論
    研究表明，球頭銑刀在高速銑削時，刀刃圓角與加工參數之間的關系對加工質量有明顯影響。最小切削厚度h_min取決于參數r，最小切削厚度不僅影響加工表面的質量而且還影響刀具的磨損。調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量的影響只有通過實驗研究來確定，因此有待進一步研究。