铣刀是机械加工行业的一个至关重要的刀具，可以说只要有加工的场所都要用到铣刀。铣刀的形状成圆柱形，它的圆周上和道德底部均匀分布着切削刃，铣刀进行旋转运动，即可进行切削工作。最开始是没有铣刀的，它是由刨刀衍生出来的，。刨刀的切削刃只有一面，所以在切削时只有一面对切削有作用，这样就会降低效率，增加空走刀的时间，未解决这一问题，对刨刀进行一系列的改进，增加其切削刃，减少空走刀的时间，于是才有了简单是的铣刀，跟着社会持续不断的发展与进步，对加工提出了要求，所以铣刀的形状和种类也慢慢变得多样化。本文研究的螺旋铣刀是立铣刀，立铣刀是由螺旋角的。螺旋角度值越大，被加工零件与铣刀的接触范围越大，所以平均每块的受力值就越小，这样就增加了刀具的常规使用的寿命。但是螺旋角越大，在刀具切削过程中要承受的轴向分力也越大，刀具容易从刀柄中发生脱落现象，所以如果加工要求选用螺旋角大的铣刀，那就要增加刀柄的刚度，才能使刀具不易脱落。所以在刀具螺旋角的选择时，要根据加工实际要，既要保证刀具的常规使用的寿命，又要保证刀具不易从刀柄脱落，比如要加工薄壁零件时，就要选用螺旋角小的铣刀。这对被加工零件的精度有着非常大的影响，所以保证铣刀的加工精度就更重要，因为这是个前提。经过对洗铣刀特征的分析，发现他是一个特征较为复杂的零件，有曲面、沟道、螺旋槽等，如图1-1所示。普通的加工是不能满足其质量的需要，在众多加工方法中，只有采用数控加工的方式才能对其来加工还可以提高其加工效率，降低加工成本。
立铣刀大多数都用在数字控制机床中立式铣床上加工阶台面、凹槽、沟槽，也能利用加工铣削精确一些成形表面。立铣刀主要是圆周运动进行铣削切削，铣刀端面与工件接触应力较少，正常的情况下我们都是让铣刀做横向铣削运动进行工作。立铣刀在铣削时直接工作没有空程，铣削时速度相比来说较高，所以立铣刀一种效率高切削速度快的机床道具。在切削如不锈钢、锻钢等难度系数较高的加工材料时，为了合理规划利用有限元方法有效分析立铣刀的刃部静态应力应变和变形，则要通过建立较为精准的三维模型。立铣刀的规格种类非常之多，切削刀刃结构较为复杂，切削也是多方位，故在论文中只确定一种立铣刀规格尺寸在中建立三维模型，再而生成立铣刀工程图，通过替换柄部或其他零部件的方式自动生成目标模型图纸。这样做才能够节省设计制图繁琐步骤，更高效率的分析立铣刀的参数变化，提升产品质量，减少相关成本，得出更有效的研究分析结果。
机械从微观上讲，是人类在长期生产与实践中创造出来的方便快捷容易快速的被人们在生活中利用并使用的技术装置；从宏观上讲，一个国家与社会的发展和国防力量重要标志与先进的里程碑。而据统计，在机械制造业中的切削工艺在如今快速地发展的社会中占有逐渐重要的地位，特别是在面对如今人们追求的更复杂精确的机器时，需要更为高效率的切削方式来进行零部件小型简易成品加工。在早期18世纪中叶时蒸汽机的使用，就产生了第一次工业革命。而在进入20世纪初期时，机械制造业就在世界开启了运动狂潮，随着莱特兄弟第一架飞机和费希尔发明的洗衣机等的制造成功，就预示着机械在我们日常生活中占有不可被取代的地位，并标志着社会的进步与人民文明生活程度提高。伴随着机械业的快速蒸蒸日上，我们在真实的生活追求更高效率，更低能源，更安全的机械品质，各个国家都凝聚大量的财力物力来发展机械行业，希望自己国家变成全球机械行业的领头军。如今，机械的发展程度为国家的工业技术水平高低的一个重要衡量标准，也是国家的工业技术发展的一个重要表现，因此，对我们现代学习机械或从事机械行业，学习和掌握研究机械中的优化是极为必需和有意义的。
机械制造系统其中就包括，生产系统、制造系统、工艺系统等这三个系统，而工艺系统中，刀具夹具车床就可以组成一个相对的单一独立系统。当在进行机械加工时，切削加工是一种的得到加工精度高，加工效率高，产品生产周期缩小。尺寸要素精确，形状标准的机械零件常使用的加工方法。在数控铣床中，立铣刀作为主要的一种切削工具，一般都会采用硬度高、强度高、刚度高的材料，能够保证切削的精确性和道具轨迹的稳定。
立铣刀是车辆工程、航空航空、模具制造等这些制造业中必不可少的一种切削刀具。随着现代社会持续健康发展与科技文化进步，对生成成品的精度和加工的高效性的要求逐步的提升，发明家设计了不同类别的立铣刀对原材料来加工，在本文中我将要研究的是铣刀中的平头铣刀。平头铣刀它的刃部受力大，且主刃是进行切削圆周运动轴向方向受力随之较大。因铣削运动是机械制造中常见研究类型，但是仅根据其应力应变建模难度较大，故铣削运动的研究是为寻求更高效更为精准的材料加工的一个研究方向。工件材料、切削速度、切削厚度在实际工艺流程中会切削力造成影响，从而引发切削变形加大。工件材料强度系数高，切削过程的摩擦系数较小。而材料塑性相对较大，在切削过程中应力越大变形越大。切削速度越高，在没有积屑瘤情况下，切削力越小，变形系数降低，反之升高。切削厚度增加，切削角度增大，摩擦系数会减小，切削力减小，变形变小。切削力在铣削运动中对多方面条件性能都有重大影响。如，切削力大，则主切削刃受力大，导致道具磨损越大，从而引起道具寿命的大大剪短。最终在铣削工艺流程中加大了加工成本，降低了生产时的安全性。故研究立铣刀切削力因素影响成为工业生产里一个必要过程，将立铣刀的三维建模作为研究基础从而展开数控加工自动编程，这将对人类工业进步具有重大意义与探索价值。
作为重要的加工刀具之一，铣刀的加工精度要求很高，而铣刀特征复杂，普通的加工不能完成这一问题，根据分析，决定采用四轴的数控加工方法完成加工。众所周知，传统的加工机床是依靠人力来完成，而数控技术是经过对传统的加工进行智能化，不仅仅可以精确的执行数控指令，且能对一些参数进行自动优化或者能自动反馈或急停，这样子就能够避免干涉碰撞造成的一定的损失，节省本金。数字控制机床是经过控制不同的运动轴、联动轴来实现不同的成型运动，以此来实现不一样的形状的零件加工，加工的切削路径是由控制不同的运动轴和联动轴决定的，而且控制的轴不赞同，所能加工的零件复杂程度也就不同。四轴控制的数控机床是在XYZ轴的基础上增加了一个旋转轴A或B或C，这样就增加了机床运动的复杂程度，也就能加工形状更复杂的零件。
国内的数控技术是始于二十世纪后期并发展起来的，落后于其他发达国家，而且由于国外的技术不开放，我国一开始的数控技术水平较差。近些年，我国在数控加工技术上取得了突飞猛进的发展，生产出的机床也慢慢变得能达到国际的标准，我国已经能够自主的数控加工各类复杂特征的零件。如图1-2所示为螺旋铣刀的数控工艺流程图。首先，查阅有关的资料，获得螺旋铣刀尺寸，进行三维实体建模，本文的建模是利用Pro/E三维建模软件来完成的。接下来，根据螺旋铣刀的特点来规划怎么样走刀，安排加工顺序。然后，根据安排好的加工工艺，在UG中自动编程，并经过后置处理生成可为数字控制机床识别的NC程序，接着进行确认刀轨并观察走刀情况，对不合理的地方及时优化，最终把生成好的数控程序放入到实际加工中。
数控加工仿真是指在虚拟状态下进行零件的加工，不把一些没必要的额外因素考虑在内，主要仿真出加工轨迹，走刀状态等。如果将自动编程软件生成的G代码直接放置在实际加工生产中，没有对数控程序进行仿真验证，那么可能会存在一些风险，例如，刀具损坏，安全问题，零件损坏，机床崩溃等问题，这样造成了许多材料的浪费，提高了生产所带来的成本，造成了一些不必要的损失。这时，数控加工仿真即虚拟加工就解决了这一难题，在虚拟环境中，应用虚拟机床、刀具、数控系统等完成零件的加工，能检查是否有干涉的问题，避免了设备的非正常磨损。目前数控加工仿真的软件有很多，比如Vericut、Pro/E、UG、PowerMill、CAXA-ME等。本文所使用的数控加工仿真软件是UG来实现螺旋铣刀的刀具轨迹仿线后置处理技术
后置处理技术在数控工艺流程中起到了承上启下的过渡作用，它将CAD/CAM中得到的刀具路径转化为能被机床识别的代码。后置处理技术弥补了刀具路径的缺点，充分融合了加工机床的参数，配合机床的控制管理系统，变换机床坐标系，转化生成的刀具路线文件的格式以便于机床的识别与加工。如图1-3所示为后置处理的内容。后置处理技术兴起于1950年左右，但是当时的技术仅限于一个后置处理程序对应一种数控加工方式，然而，数字控制机床和数控系统的种类很多，在实际应用中需要生产的零件形状多样复杂，一对一的后处理方式也导致了很多麻烦。20世纪80年代，国际商用机器公司研发并推出了DAPP系统，在这个系统中，能够很好的满足用户的需求，设置了一些输入参数、输出参数等模块，同时，它确定了一些标准，包括计算方式等，使后置处理变得更通用了。随着国内外现代科学技术的发展，，后置处理技术水平大幅度的提升，后置处理系统也多种多样，如UG POST、PRO/NC POST等，除了这些国外公司的，国内的CAXA也推出了自己的后置处理系统，但存在一定的局限性，后来经过刘雄伟等科学研究人员的努力，我国的后置处理技术已取得了很大的进步，可以在一定程度上完成多坐标轴的复杂曲面加工，还有一些开发人才研究了利用后置处理补偿机床、刀具等产生的误差，使加工更加精确。后置处理技术的发展逐步成熟，并且还有逐步发展完善的趋势。未来的后置处理技术将向着稳准快的方向发展，即后处理会变得更稳定，更加准确的修正误差，而且处理的速度会更快，并针对市场上各种各样的数控系统都通用，极大的满足了不同用户的不一样的需求。除此之外，对一些精密零件仪器的制造，能够非常精确的处理大量的数据。本文是在UG中的后处理模块UG/POST实现后置处理的。
本文利用Pro/E软件对螺旋铣刀三维实体建模，在NX软件中，根据螺旋铣刀的特点和加工难点规划加工工艺顺序，针对每一步加工选择合理的切削工具，设置对应的加工参数，选不一样的加工类方法，根据事先制定好的加工流程，设计沟道、刀槽等部分的加工刀具路线，利用软件的自动编程功能来实现刀具文件的生成，并经过一定的后置处理生成数控代码文件。本文使用的数控机床是四轴联动数控机床。
铣刀的刀齿是直的，与刀具的轴向方向成0度，现在工程实际中很少使用直齿铣刀，因为它的缺点在于，在加工时，它的刀齿同时与被加工零件接触并且同时离开，这样就使工艺流程中不平稳，容易使加工表面不平滑，加工精度不够。
分为左手螺线和右手螺线，这个铣刀的刀齿就有一定的倾斜，前面刀齿离开加工后面的刀齿慢慢的开始切削，这样就保证了平稳性，减少振动，是加工表面均匀平滑。
该铣刀的特点是容易制造，而且用的时间久了，只需在磨床上用砂轮打磨其后刀面即可。
刀齿是镶在刀体上的，适合大型铣刀的加工，能节省材料，而且如果某一个齿坏了，可以拆卸下来替换掉，很经济。
顾名思义，可转位式是指刀片是可转位的，先固定在刀夹上，到使用的刀尖磨损时，通过转位，换成另外的刀尖进行切削。
该类型的铣刀安装的刀轴比较细，所以在使用时要加以小心，并且注意其旋转方向，防止损坏。
其切削刃分布在圆柱或者圆锥的表面上，有主切削刃和副切削刃的区别，可以一次性满足 不同特征的切削，提高生产效率。
键槽铣刀是铣键槽用的，其底部和圆周上各有一个切削刃，满足键槽的铣削要求。
呈圆盘状，圆周上分布着均匀的刀齿。能够准确的通过不同的需要使用具有不一样类型的盘铣刀。例如槽铣刀就是用来加工凹槽的。
用来铣削沟槽，这样的功能决定了它具有三个切削刃，分布在两端和圆周上。侧铣到的刀齿也分为两种，一种是与轴向平行的刀齿，另一种是交错排列的刀齿，这种刀齿具有更好的切削性能，而且间隙大，可以使排屑容易。其缺点在于，用了一段时间后，刀变顿，要打磨所有的切削刃，而磨完后就使可切削槽的宽度变窄了，这样就不能接着使用了。或者可以合并两个侧铣刀一起使用。
模具铣刀是由立铣刀衍生出来的，也可以称之为立铣刀的一种，它的功能是铣削一些复杂模具的型腔和凸模的型面等，除此以外，汉可当作打磨刀具使用，用于去毛刺等操作。
作为常用的重要刀具的一种，铣刀在机械加工生产中无处不在，几乎每一个机械零件的加工不能离开铣刀的铣削，零件加工质量的好坏就非常大程度上取决于铣刀精度的高低。首先对铣刀特征做多元化的分析，有曲面、凹槽、沟道等复杂特征，为保证其加工精度并加快其加工速度，决定采用四轴联动加工的数控加工方式。其加工流程是，首先进行可变轴曲面轮廓铣沟道精加工 ，接着进行可变轴曲面轮廓铣左侧面精加工 ，接着进行可变轴曲面轮廓铣右侧面精加工，最后进行阿变换对象，阵列沟道左侧面右侧面的加工程序。加工流程图如图2-1所示。
Pro/E是美国PTC公司研究出来的软件，有着久远的发展历史，该公司是于1985年成立的，公司起始阶段只是致力于研究零件的三维实体建模，经过数年的发展，Pro/E除了在三维建模方面卓有建树之外，也融入了装配、仿真、制造等多种功能，实现了多个模块的集成化，它的开发环境也慢慢变得强大起来了。
从一开始，Pro/E就致力于研究参数化建模，而且用户进行设计时可以选取设定的实体特征来建立模型，例如孔、壳、筋、阵列等特征降低了建模难度，缩短时间，提高效率。与其他传统CAD/CAM软件不同的是，它有单一的数据库，在设计的过程中，如果某个地方改变了，其他与这个结构相关的地方就会及时的更新，方便操作，省去了很多麻烦。本设计是用Pro/E 5.0版本进行螺旋铣刀的三维建模。
1. 首先拉伸螺旋铣刀刀体部分，尺寸如图3-1所示。拉伸长度如图3-2所示。第二部分的刀体尺寸如图3-3所示，拉伸长度如图3-4所示。第三部分刀体尺寸如图3-5所示，拉伸长度如图3-6所示。
UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加 工过程提供了数 字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户 的虚拟产品设计和 工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。UG同时 也是用户指南和普遍 语法的缩写。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻轻松松实现各种复杂实体及 造型的建构。它在诞生之初主 要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长 ，在PC上的应用取得了迅猛的增长，慢慢的变成了模具行业三维设计的一个主流应用。UG的开发始于196 9年，它是基于C语言开发实现的 。UG NX是一个 在二维和三维空间无结构网格上使 用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求 解偏微分方程的软件工具。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适 应网格加密和多重 网格方法在过去的十年中已被数学家研究，同时随着计算机技术的 巨大进展，特别是大型 并行计算机的 开发带来许 多新的可能。
首先将UG软件打开，点击打开按钮，将之前在Proe中建立好的螺旋铣刀三维模型先转成.stp格式，在UG中打开，打开后的界面如图4-1所示。
接下来点击应用模块的按钮，进入加工模式，此时一个窗口弹出来，即初始化加工环境。如图4-2所示。初始化加工环境的作用是在于CAM会话配置用于选择加工所使用的要床类别。CAM设置是在制造方式中指定加工设定的默认值文件，也就是要选择一个加工模板集。选择模板文件将决定加工环境初始化后能选用的操作类型，也决定在生成程序、刀具、方法、几何时可选择的父节点类型。在4轴的数控铣编程中将“CAM会话配置”设置为cam_general，而“CAM设置”为mill_multi_axis（多轴铣加工）。多轴铣加工是多轴联动加工，在本次设计中指的是四轴联动加工。点击确定按钮，完成加工环境的初始化。
加工父级组主要是指在加工操作之前建立生成刀路所需要的加工坐标系，加工几何体、加工方法和加工刀具等。
将视图切换到几何视图，点击按钮，双击下拉菜单下的坐标系图标，弹出MCS设置的窗口，如图4-3所示。然后点击该窗口中的按钮进行机床坐标系的设置，通常来说，为加工方便，我们会吧机床坐标系、加工坐标系和系统的绝对坐标系统一，这样有助于更好的编程，减少运算量。在设置窗口旋转坐标系的方向，最终得到的坐标系如图4-4所示。
接下来进行铣削安全平面的设置，点击MCS窗口中的按钮，进行指定安全平面的设置，选择刨平面的模式，在类型中选择YC-XC平面，距离后输入90mm，点击确定，指定平面的具置如图4-5所示。安全平面的作用是为了能够更好的保证加工的安全性，即在进刀和退刀的时候是先到安全平面的然后再退回零点，这样就等于多了一个安全点，所以就设置了这个安全平面，为了与工件之间保持一定的安全间隙，这样就减少了工件的损坏和刀具的可避免磨损。依次点击确定，就能够实现设置。
将视图依然保持在几何视图下，双击按钮，就会弹出工件设置的窗口，如图4-6所示，点击指定部件几何体的按钮，选择的指定部件如图4-7所示，点击确定，就完成了部件几何的设置。接下来，点击工件窗口中的指定毛坯按钮，将图层10打开，选择图层10 上的几何体作为毛坯部件，如图4-8所示。依次点击确定按钮，就完成了加工几何体的设置。其中，加工几何体中的指定部件是通过加工要实现的几何体，而毛坯顾名思义就是加工之前的待加工几何体。一般在UG数控在自动编程中，都需要指定部件几何体和毛坯几何体，但是特殊情况下还要指定别的几何体，例如避让几何。
点击导航器中的创建刀具按钮，弹出创建刀具的窗口，如图4-9所示，刀具类型选择多轴铣削加工，刀具子类型选择球铣刀，刀具名称改为B4，点击确定按钮，弹出球刀参数具体设置窗口，如图4-10所示。将球头直径设置为4，锥角设置为1，其他参数不变，如图4-11所示。
依然点击创建刀具按钮，弹出的创建刀具类型窗口如图4-12所示，刀具类型选择多轴铣削类型，刀具子类型选择普通的立铣刀，将刀具名称设置为D5R1，点击确定，即可进行下一步对铣刀尺寸参数的具体设置。如图4-13所示。将铣刀的直径设置为5，下半径设置为1，锥角设置为1，其他参数遵循默认。点击确定按钮，就完成了这把刀具的设置。刀具的设置，可以在系统自带的刀具库中选择，也可以再一次进行选择自己创建刀具，有一些时候刀库中的刀具不适合我们的需要，所以就要自己设置所需的刀具参数。
点击按钮，将视图切换到加工方法视图。双击按钮，弹出铣削精加工的窗口，如图4-14所示。精加工将加工余量设置为0，内外公差设置为0.03。在本次设计中不进行粗加工和半精加工，由于毛坯与要加工的零件尺寸很相近，所以就不用进行开粗，直接加工成所需要的尺寸值即可。之后点选确定，完成对加工方法的设置。
点击导航中的创建工序按钮，弹出工序定义的窗口，如图4-15所示。工序的类型选择多轴铣削，工序的子类型选择可变轮廓铣，可变轮廓铣是用于对具有各种驱动方法、空间范围、切削模式和刀轴的部件或切削区域进行轮廓铣的基础可变轴曲面轮廓铣，通常用于罗扩区面的可变轴精加工。程序选择数控项目，刀具选择球铣刀B4，几何体选择WORKPIECE，方法选择精铣削，工序命名为VARIABLE_CONTOUR_FINISH，点击确定按钮即可进行可变轴轮廓铣的具体设置，如图4-16所示。
