在大件加工中，對高銑削效率和低加工成本等要求越來越高，因此迫切需求重力切削的先進(jìn)端銑刀來解決平面加工中的效率和效益等問題。盡管引進(jìn)了國外的先進(jìn)端銑刀，但受我國重型機(jī)械毛坯制造余量過大(80-200mm)和表面凹凸不勻等現(xiàn)狀的限制，大平面加工效率仍難與國外相比，因此有必要對重型端銑刀進(jìn)行研制。本文提出了一種基于自由切削理論的階梯端銑刀，背吃刀量大，能有效提高加工效率。通過試驗研究證明，這種端銑刀的銑削力比傳統(tǒng)端銑刀低30%以上，刀具耐用度得到提高，適用于實際加工中。

1  自由切削階梯端銑刀

自由切削階梯端銑刀是一種以自由切削理論為基礎(chǔ)的強(qiáng)力端銑刀，由不同主偏角和刀尖位置組合形成階梯和特殊切削層。除了形成已加工表面的末階刀齒外(終形成已加工表面的刀齒)，其余階刀齒均屬于自由切削。其銑削圖形如圖1所示，與普通階梯端銑刀銑削圖形相比(見圖2)，有著明顯的區(qū)別。

自由切削階梯端銑刀的技術(shù)核心是只有一條主切削刃參加切削，可避免刀尖受沖擊和在已加工硬化的表面上啃刮與摩擦。由切削原理可知，自由切削時切屑變形簡單，切削力小，切削溫度低，在增大切削用量的前提下，仍能保障刀具有較高的壽命。

普通階梯端銑刀銑削時，各階刀齒的切削層均為獨立平行四邊形，所有刀齒的刀尖均會在各自加工硬化的已加工表面上啃刮，刀尖很容易磨損。第一階刀齒刀尖損壞后，會很快影響到其它階刀齒的耐用度。自由切削階梯端銑刀銑削時，切削刃實現(xiàn)自由切削，過渡表面形成折線連接的階梯，而不是樓梯狀的臺階；端銑刀實現(xiàn)刀尖等直徑或刀尖等高；不同階刀齒的切削刃工作位置不同，能為不同階刀齒的刀片互換創(chuàng)造條件，提高了刀片利用率，降低了刀具材料消耗，從而使工件的加工成本降低。

圖3為兩階梯自由切削階梯端銑刀銑削實例。設(shè)加工余量等于背吃刀量(銑削深度)、Δ的等分值N=3、每組刀齒的進(jìn)給量等于ADCB；第一階梯刀齒主偏角為kr1，其切除面積為多邊形CEFG。顯然，兩階刀齒的切削面積相等，為銑削圖形。

從上述基本理論分析中可以得知，這種基于自由切削、形成特殊切削層、實現(xiàn)自動分屑銑削的自由切削端銑刀，適用于大余量毛坯的強(qiáng)力銑削加工。為驗證自由切削階梯端銑刀基本理論的正確性以及在實踐中應(yīng)用的效果，進(jìn)行銑削力對比試驗。