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选择正确的切削刀具决定了铣削操作是否能够提供干净的几何形状、可接受的表面光洁度和可预测的刀具寿命，或者是否会产生颤动、废料和破损的刀片。本指南涵盖了全部范围 铣刀 类型，解释其几何形状、材料兼容性和应用逻辑，以便工程师和机械师可以在车间做出明智的选择。
每把铣刀都是材料去除率、表面质量、刀具刚性和每刃成本之间的折衷方案。三个几何变量定义了这种折衷：
了解这三个杠杆可以让机械师批判性地阅读任何刀具的目录页面，而不是接受默认的建议。
面铣削是生产环境中最常见的铣削操作，用于在铸件、锻件和板材上生成平坦表面。一个 面铣刀 直接安装到主轴或心轴上，并在其周边和端面上提供多个可转位刀片。
刀具绕垂直于工件表面的轴线旋转。每个刀片在前缘处与材料接合，剪切切屑，然后干净地退出。多个刀片的重叠弧产生一个具有可预测 Ra 值的平坦平台 - 标准刀片通常为 0.8 至 3.2 微米，而修光刃刀片则低于 0.4 微米。
在生产环境中，标准面铣刀直径为 50 毫米至 315 毫米。一般规则是使用比工件宽 20-50% 的刀具直径，以避免将整个刀具埋入切削中，从而导致振动和排屑不良。带有直径的刀片计数刻度：100 毫米刀具通常带有 5 至 8 个刀片； 250 毫米切割机可承载 16 至 24 个。
套式铣刀是面铣刀的一个子类别，其特征在于其空心孔，该空心孔安装在心轴上，而不是直接连接到主轴上。它们对于大直径切割来说具有成本效益，因为刀体可重复使用，并且只消耗刀片。 80 毫米至 200 毫米的套式铣刀是处理大型铝或铸铁表面的卧式加工中心的标准配置。
立铣刀是铣床刀具中用途最广泛的一类，能够进行仿形加工、轮廓加工、型腔加工、开槽加工和坡铣加工。它们可在端面和周边上进行切削，使其成为 CNC 加工中心中不可或缺的一部分。
平头铣刀可加工 90 度尖角，是型腔铣削、方肩铣削和全槽铣削加工的标准配置。两刃型是铝和塑料的首选，因为大的切屑槽可以防止重新切削。四刃版本适用于钢和不锈钢，每转提供更多切削刃和更好的表面光洁度。六刃和八刃立铣刀用于高进给精加工，其中切削深度最小（通常为 0.1-0.3 毫米轴向），但每齿进给量最大化。
球头立铣刀的半球形刀尖可在模具加工、航空航天结构部件和医疗植入物加工中描绘复杂的 3D 表面。道次之间的理论扇形高度由步距和球半径决定：6 毫米半径的球头在 0.3 毫米步距下产生约 3.75 微米的扇形高度 - 完全在大多数模具钢的精加工公差范围内。精加工路径通常以 3,000–12,000 RPM 运行，每齿 0.05–0.15 毫米。
圆角立铣刀是一种混合型：具有小半径（通常为 0.2–3.0 毫米）的平切削几何形状，将端面与凹槽融为一体。与 45 HRC 以上的淬硬钢中的尖角等效材料相比，该半径可将应力重新分布到远离脆弱拐角的地方，从而将刀具寿命延长 30-60%。它们是工具钢和硬化模具型腔高速加工的默认选择。
板坯铣削（有时称为平面铣削或圆周铣削）使用轴线与工件表面平行的刀具。齿沿圆柱体分布，与周边的材料啮合。这种几何形状对于具有大量材料去除要求的卧式铣床和加工中心特别有效。
板坯轧机带有缠绕在圆柱体上的螺旋齿。螺旋角通常为 15-30 度，可确保至少一颗齿始终与工件接触，从而产生比直齿铣刀更平滑的切削动作。一次切割宽度可匹配工件全宽度；实际宽度范围为 30 毫米至 200 毫米。
在 逆铣（传统铣削） ，刀具逆进给方向旋转。切屑厚度从零开始并逐渐增加，从而降低了在毛坯铸件上形成硬表面氧化皮的风险。在 顺铣（顺铣） ，刀具随进给旋转。切屑厚度从最大值开始逐渐减小，从而产生更好的表面光洁度和更低的切削温度，但需要无间隙丝杠以避免抓住工件。
飞刀是最简单的面铣刀：固定在旋转体中的单点刀头，每转一圈扫过一个宽圆弧。尽管飞刀很简单，但它对于表面精加工操作非常有效，其中单个锋利的刀刃可产生镜面般的平整度。
飞刀是工具室环境、仪器制造和原型车间的标准设备，在这些环境中，表面质量比循环时间更重要。
粗加工立铣刀（因其分段式凹槽轮廓而被昵称为玉米芯铣刀）经过精心设计，可以以最小的功耗和振动实现最大程度的金属去除。锯齿状或波浪形切削刃将每个切屑分成短段，而不是产生连续的带状，从而大大降低了切削力。
每个凹槽都带有节距约为 1-3 毫米的周期性波形图案。当刀具啮合材料时，相邻凹槽的波峰和波谷偏移半个螺距，因此在整个旋转过程中总切削力几乎保持恒定。与同等切削深度的标准立铣刀相比，这种负载均衡可减少颤动 40-70%，允许轴向深度在铝材中为铣刀直径的 1.0-2.0 倍，在低碳钢中为铣刀直径的 0.5-1.0 倍。
由于锯齿状边缘会留下粗糙的表面，因此在粗加工立铣刀之后总是使用标准或高螺距立铣刀进行精加工。
齿轮铣刀是专门设计用于加工齿轮齿形的渐开线轮廓的铣刀。标准套件中的每把刀具均设计用于在给定模数（公制）或径节（英制）下切削特定范围的齿数。
一套标准的渐开线齿轮刀具包含八个齿形，编号为 1 到 8。1 号刀具可将 135 个齿的齿轮加工到齿条上（直线齿轮）；1 号刀具可加工齿条上有 135 个齿的齿轮（直线齿轮）； 8 号刀具可处理 12 至 13 齿的齿轮。每种齿形都是其范围内的折衷方案，这意味着与滚齿或剃齿齿轮相比，用成形铣刀切削的齿轮具有轻微的渐开线误差。这使得成形切削齿轮适合低速、非关键动力传输、手动工具和维修工作，而不是精密齿轮箱。
除了齿轮切削之外，成形铣刀还可以复制任何棱柱形轮廓：
槽钻是一种双刃端铣刀，端齿与中心重叠，无需预先钻入入口孔即可实现真正的切入式切削。标准立铣刀不能垂直切入，因为中心不是切削表面。槽钻是开模、型腔进入和键槽切割（在起始孔不切实际的情况下）的首选工具。典型直径为 3 毫米至 25 毫米。
T 型槽铣刀用于加工机床工作台、夹具板和夹具底座中 T 型槽的底切部分。操作需要两个步骤：首先，使用标准立铣刀或槽钻将垂直槽切削至全深度；然后T型槽刀具水平进入槽并在两个方向上加工水平底切。 T 形槽铣刀宽度与标准螺栓尺寸匹配 - M6、M8、M10、M12、M16 和 M20 是公制系统中最常见的。
T 形槽切削中的材料去除量适中，但排屑至关重要，因为切屑必须通过狭窄的入口槽排出。使用压缩空气或主轴中心冷却液进行断续切削可提高可靠性。
| 刀具类型 | 主要操作 | 典型MRR | 表面处理 | 最好的材料 |
|---|---|---|---|---|
| 面铣刀 | 平面生成 | 高 | Ra 0.4–3.2 微米 | 钢、铸铁、铝 |
| 壳式磨机 | 宽阔平坦的表面 | 高 | Ra 0.8–3.2 微米 | 铸铁、铝 |
| 平头立铣刀 | 仿形、型腔 | 中等 | Ra 0.8–1.6 微米 | 所有金属、塑料 |
| 球头立铣刀 | 3D轮廓 | 低-中 | Ra 0.2–1.6 微米 | 工具钢、铝、钛 |
| 粗加工立铣刀 | 散装库存去除 | 非常高 | Ra 6.3–12.5 微米 | 铝、低碳钢、钛 |
| 板坯轧机 | 周边宽切口 | 高 | Ra 1.6–6.3 微米 | 钢、铸铁 |
| 飞刀 | 表面处理 | 非常低 | Ra 0.1–0.4 微米 | 铝、黄铜、软钢 |
| 齿轮铣刀 | 在volute tooth profiling | 低 | Ra 1.6–3.2 微米 | 钢、黄铜 |
| T型槽铣刀 | 底切槽铣削 | 低 | Ra 1.6–3.2 微米 | 钢、铝、铸铁 |
| 槽钻 | 插铣和槽铣 | 低-中 | Ra 1.6–3.2 微米 | 钢、铝 |
MRR = 材料去除率； Ra 值代表标准切削条件。
材料特性（硬度、导热性、切屑形成行为和加工硬化倾向）决定了哪种刀具几何形状和基材会成功。
铝材需要锋利的切削刃、大螺旋角（40-45 度）、抛光凹槽和大容屑槽。二刃或三刃立铣刀允许每个切屑在下一个齿啮合之前退出，从而防止积屑瘤。高螺旋角粗加工立铣刀非常适合去除大量工件。标准材质为无涂层或 TiN 涂层硬质合金； DLC（类金刚石碳）涂层进一步降低了航空铝材的附着力。
中碳钢和合金钢（最高 35 HRC）适用于四刃涂层硬质合金立铣刀、带正槽型刀片的标准面铣刀以及用于批量切削的粗加工立铣刀。 TiAlN 涂层可处理产生的中等热量。每齿进给量应保持在 0.03 毫米以上，以避免摩擦引起的加工硬化。
硬化工具钢需要采用整体硬质合金球头或圆角半径立铣刀，最好具有额定温度高于 1,000 摄氏度的 AlCrN 或 AlTiSiN 涂层。配备陶瓷或 CBN 刀片的面铣刀可在高切削速度（陶瓷为 150–300 m/min）下处理表面生成。轴向深度保持较小（0.1-0.5 毫米）以控制热量集中。
灰口铸铁和球墨铸铁会产生短的磨料切屑，从而快速磨损碳化物。带有涂层硬质合金刀片（CVD TiC/Al2O3/TiN 多层）的面铣刀和套式铣刀在生产工作中占主导地位。干式切削是首选，因为间歇性冷却液的热冲击会使刀片破裂。灰铸铁的典型切削速度为 120–250 m/min。
奥氏体不锈钢和铬镍铁合金在低进给率下会加工硬化并产生高热量。具有 35-40 度螺旋角、锋利边缘和 TiAlN 涂层的立铣刀是基线。采用摆线铣削策略的粗加工立铣刀可有效控制 Inconel 718 中的热量。在最大冷却液压力下，镍合金的切削速度保持在 50 m/min 以下。
钛's low thermal conductivity traps heat at the cutting edge. Four-flute or five-flute end mills with 40-degree helix and TiAlN coating at conservative surface speeds (40–70 m/min) with high chip loads (0.04–0.08 mm per tooth) produce acceptable tool life. Roughing with full radial engagement should be avoided; trochoidal paths with 10–15 percent radial engagement are standard in aerospace titanium pocketing.
下图说明了针对给定特征选择正确铣床刀具类型的系统决策过程。
如果运行不正确，即使是最好的铣床刀具类型也会表现不佳。以下做法适用于所有刀具类别：
面铣刀是一种大直径刀具，主要设计用于在单次扫掠走刀中生成平坦表面，使用围绕其周边和端面布置的可转位刀片。立铣刀是一种较小的铣刀，可在端部和侧面进行切削，适合仿形加工、型腔加工、仿形加工和开槽加工。面铣刀在大面积生产率方面表现出色；立铣刀可处理详细的几何形状。
当您需要快速去除大量毛坯并且表面光洁度不是优先考虑的时候，请使用粗加工立铣刀。锯齿状凹槽轮廓可将切削力降低高达 70%，与标准立铣刀相比，可实现更深的轴向切削，且不会产生颤振。始终在粗加工立铣刀之后使用标准或高螺距立铣刀进行精加工，以实现最终尺寸和表面质量。
从技术上讲是可以的，但除非步距极小，否则效率很低，并且会留下扇形表面。球头立铣刀针对 3D 轮廓加工进行了优化。对于平面，方头铣刀或面铣刀将产生更好的结果，并且编程工作量要少得多，循环时间也更短。
圆周铣削中使用的刀具通常称为板坯铣刀或普通铣刀。它们安装在水平心轴上并沿着其圆柱形周边进行切割。当轴线垂直于加工表面时，立铣刀还可以进行圆周铣削（侧铣），在这种情况下，有时被称为圆周铣刀。
由于刀具家族有许多子类别，因此没有单一的明确计数。主要类型包括面铣刀、套铣刀、平头立铣刀、球头立铣刀、圆角立铣刀、粗加工立铣刀、板坯铣刀、飞刀、齿轮铣刀、成形铣刀、槽钻、T型槽铣刀、燕尾铣刀、半圆键槽铣刀和高进给立铣刀。每个系列都有数十种基于直径、槽数、螺旋角和涂层的变体。
飞刀主要用于需要非常光滑、平坦表面的端面加工。它使用扫过大直径的单点刀头，消除了多刀片面铣刀中存在的刀片跳动误差。飞刀在工具室环境、光学夹具以及任何平整度和光洁度质量优先于循环时间的地方都很常见。
对于铝材，首选具有高螺旋角（40-45 度）、锋利的无涂层或 DLC 涂层硬质合金刀刃以及抛光槽的两刃或三刃立铣刀。大的切屑槽可防止积屑瘤。为了在铝上生成平坦表面，配备正槽型刀片和修光刃的面铣刀可有效地产生出色的平坦度和表面光洁度。
在 up-milling (conventional milling), the cutter rotates against the direction of workpiece feed. Chip thickness starts at zero and increases, which is gentler on the cutting edge entering hardened surfaces or scale. In down-milling (climb milling), the cutter rotates with the feed direction. Chip thickness starts at maximum, producing lower cutting temperatures and better surface finish, but requiring a rigid machine with minimal backlash to prevent workpiece snatching.
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