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端銑刀來解決平面加工中的效率和效益等問題。盡管引進了國外的先進端銑刀，但受我國重型機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，進行銑削力對比試驗。