铣削是一种通过刀具作旋转运动，工件相对刀具作进给运动，对金属进行分级切除的加工方法。在某些情况下，工件保持固定而旋转的刀具做横向直线进给。铣削刀具有两条或更多能连续切除一定量材科的切削刃，能够将材料切到一定的深度。键槽铣削是铣刀上圆周和两侧共三面都有刀刃，加工的键槽是圆底的，键是半圆形的，称为半圆键，铣这种键槽的铣刀叫做半圆键铣刀。

　　图1 半圆键槽加工示意图

　　01 加工工艺背景及存在问题

　　在发动机的曲轴芯轴端半圆键加工过程中，三面刃键槽铣刀做滚铣运动，随着切削的进行，刀具刃口逐渐磨损，加工振纹、槽底烧伤等问题随之发生。因该刀具为一次性成形铣刀，刀具磨损后直径减小，直接报废，无法修磨重复使用，增加了刀具使用成本。例如，青岛发动机工厂曲轴线OP100工位半圆键使用键槽铣刀T23023加工，工艺要求键槽宽度4.99±0.02mm，键槽半径R9.575±0.075mm，轮廓度<0.3mm。采用整体硬质合金八刃铣刀，加工参数S1200/F220，设定刀具寿命1200件。加工过程中，存在加工键槽宽度超上差， 加工槽底振纹，加工键槽底部烧伤，轮廓度超差等问题，导致刀具达不到使用寿命而下刀，造成加工浪费及刀具成本提高，不能满足当前生产需求。

　　图2 半圆键槽加工工艺

　　02 键槽铣刀加工问题解决方案

　　针对以上问题，从降低刀具切削刃受力及散热等角度分析，重新设计键槽铣刀，具体方案如下。

　　齿数优化：针对加工槽底部烧伤问题，减少键槽铣刀齿数，由八刃铣刀优化为五刃铣刀，可以增大容屑槽的排屑空间，加快刀尖散热。同时切削刃齿数的减少会降低切削力，减少因刃部磨损变钝后产生让刀导致的键槽宽度超差现象。

　　图3 齿数对比及让刀示意图

　　主偏角优化：针对加工槽底有振纹的问题，将切削刃设计为不等分错刃斜齿;5°不等分，避免加工时共振导致加工轮廓度超差;主偏角6°，这样可以有效避免全部齿长同时和工件接触，降低切削阻力，减小刀具加工时振动导致的槽底振纹现象。

　　图4 错刃斜齿设计对比图

　　03 提高键槽铣刀修磨次数解决方案

　　因键槽铣刀为一次性成形铣刀，理想状态下刀具直径等于键槽半径。刀具使用磨损后直径会减小，传统的后刀面修磨工艺会导致铣刀直径再次减小，无法修磨重复使用，增加了刀具使用成本。从刀具切削刃修磨工艺的角度分析，重新设计键槽铣刀切削刃，后刀面增加一条很窄的刃带，使刀具有效直径保持在同一圆柱面上。刀具使用磨损后，利用前刀面修磨的工艺形式，可以解决成形键槽铣刀无法多次修磨重复利用的问题，提高了刀具棒料重复利用率。

　　图5 刃带结构设计对比图

　　04 结束语

　　针对键槽铣削刀具，如果在加工过程中遇到加工振纹、槽底烧伤等问题，可以尝试按照本文的改进方案优化键槽铣刀，提升刀具加工寿命，降低刀具使用成本。随着Co、W、Ti等刀具金属材料的日趋匮乏，刀具重复修磨利用成为了机械制造行业的重要课题。在刀具使用过程中，刀具的修磨不要仅局限于刀具图纸的几何参数， 还要根据刀具加工位置的形状、生产工艺等方面，确定最优的刀具结构及修磨工艺，保证刀具修磨质量及刀具重复修磨利用率实现最大化，降低刀具成本。