头立铣刀作为高性能的自由曲面加工刀具，是复杂三维曲面精加工中的重要刀具之一，广泛应用于模具、汽车、航空航天、机械电子等领域。球头立铣刀的制造精度、效率和使用性能对被加工产品的制造精度、效率和成本有直接而重要的影响。

根据刀刃曲线形状的不同，球头立铣刀可分为直线刃和螺旋形刃等。直线刃是早期的球头立铣刀形状，其特点是球头部分的切削刃在端面(垂直于刀具轴线)的投影为直线。直线刃球头立铣刀有以下特点：①刃形简单，易于刃磨加工，制造和刃磨成本低；②切削刃为直线刃，刀具在切入或切出时会产生振动，切削不平稳，加工表面质量差，刀具易崩刃，一般适用于不太复杂曲面的粗加工；③切削过程中不易排屑，切屑容易聚集在刃口附近，堵塞铣刀，影响加工精度，降低刀具的使用寿命。

       随着刀具设计与制造技术的不断提高，尤其是5轴数控磨床的普遍使用，目前在整体球头立铣刀的刀具上已很少使用直线刃，刀刃形状已逐渐改进成螺旋形曲线。其中，等螺旋角螺旋形刀刃的刃形为S形，使切削的均匀性有很大的提高，改善了切削条件，提高了加工质量，延长了刀具寿命。

1  螺旋刃球头立铣刀特点

      螺旋刃(S刃)球头立铣刀具有以下特点：①由于球刃为螺旋形切削刃，铣削时切入和切出过程比较平稳。试验证明，与平面刃球头立铣刀相比，用S形刃球头立铣刀铣削时，不但三个切削分力比较小，而且在切入和切出的过程中，三个分力的波动范围也比较小。②刀刃上各点的刃倾角不同，由于刃倾角的作用，可使切屑沿切削刃外沿方向顺利排出，能够有效防止切屑粘附在刀刃上，避免刀刃损坏。③结构复杂，设计和加工都比较麻烦，目前国内主要依靠进口或进口昂贵的设备来制造与刃磨，加工成本较高。④强度不高，主要应用于精加工或半精加工。

      由于等螺旋角刀刃曲线无法达到球头顶部，因此必须在靠近球头的顶部处利用其他刃口曲线来代替，使得基于该刃口曲线的球头立铣刀前刀面和后刀面的设计与制造变得更加复杂。

2  机夹式球头铣刀刀片刃形结构及特点

      虽然整体式球头立铣刀较少使用直线刃，但焊接式超硬材料球头铣刀和硬质合金球头铣刀仍普遍使用直线刃

      (a)圆弧刃球头立铣刀

      (b)超硬材料球头立铣刀

3  折线刃球头铣刀

(1)刀片刃形特点

      从使用要求来看，球头铣刀在普通铣刀的基础上增加了刀具的成形精度和钻铣功能(轴向进给)要求，不仅可用于成型加工，由于铣刀与加工面始终为点接触，还可以用于各种自由曲面的精密加工。球头刀片的成形精度主要受刀片刃形曲线形状和加工方法的影响。形状越简单，越容易保证成形精度，五轴联动的数控刀片周边磨床是目前*********的精密机夹刀片加工方法。

为实现钻铣功能和R成型精密加工，要求铣刀刃形曲线从铣刀球头最外缘沿球面连接到过球心的轴线，即刃形曲线要通过刀具轴线。这里的刃形曲线实际上就是刀具加工轮廓的母线，过球心的轴线也是刀具回转轴。

      对于轮廓母线与回转轴有交点的回转面刀具，刀齿必须延伸到回转轴上。在这类刀具轮廓母线与回转轴交点附近，螺旋线刀刃曲线理论上要旋转无数次，在工艺上显然无法实现，因此在靠近球头的顶部，只能采用平面刀刃曲线来代替。由此逆向推广到整体，提出用平面曲线分段局部替代S刃形曲线的新刃形—折线刃球头刀片。用与球头铣刀半径相同球面的平面截圆圆弧，分段由球头最外缘连接到球头顶部，并与刀具回转轴线相交于球顶，两侧刃形以刀具回转轴线为对称轴对称分布。从端面投影看，整个刃形呈折线状。

(2)刀片性能优势

      折线刃球头铣刀刀片克服了直线刃刀片整个刀刃几乎同时切入切出所引起的切削振动，可以替代S刃球头铣刀刀片，用于高速加工复杂型腔和自由曲面。刃形上各段切削刃的刃倾角不同，由于刃倾角的作用，可使切屑沿切削刃外沿方向顺利排出，能有效防止切屑粘附在到刃上，避免刀刃损坏。该刀片可以在机夹刀片专用周边磨床上大批量磨制，加工效率是同功能刀片在磨刀机上加工效率的5倍以上，生产成本低。刃形曲线没有理论误差，工艺上可将轮廓度误差控制在±0.002mm以内，可用于精密加工。此外，刀片刃口强度好，成本低，也可用于粗加工。