Milling machine

568 views 30 slides Nov 19, 2021
Slide 1
Slide 1 of 30
Slide 1
1
Slide 2
2
Slide 3
3
Slide 4
4
Slide 5
5
Slide 6
6
Slide 7
7
Slide 8
8
Slide 9
9
Slide 10
10
Slide 11
11
Slide 12
12
Slide 13
13
Slide 14
14
Slide 15
15
Slide 16
16
Slide 17
17
Slide 18
18
Slide 19
19
Slide 20
20
Slide 21
21
Slide 22
22
Slide 23
23
Slide 24
24
Slide 25
25
Slide 26
26
Slide 27
27
Slide 28
28
Slide 29
29
Slide 30
30

About This Presentation

MCMT subject-Mechanical engineering


Slide Content

Chapter 5 
Milling Machines 
5.1   Introduction 
After lathes, milling machines are the most widely used for manufacturing applications. In 
milling,  the  work  piece  is  fed  into  a  rotating  milling  cutter,  which  a  multi-point  tool  as 
shown in Fig. 5.1, unlike a lathe, which uses a single point cutting tool. The tool used in 
milling cutter. 
 
Fig.5.1. Schematic diagram of a milling  operation 
The milling process is characterised by: 
1) Interrupted cutting: Each of the cutting edges removes material for only a part of the 
rotation of the miller cutting. As a result, the cutting- edge has time to cool before it 
again removes material. Thus the milling operation is much more cooler compared to 
the turning operation. This allows for a much larger material rates. 
2) Small  size  of  chips: Through  the  size  of  the  chips  is  small,  in  view  of the  multiple 
cutting  edges  in  contact  a  large  amount  of  material  is  removed  and  as  result  the 
component  is  generally  completed  in  a  single  pass  unlike  the  turning  process  which 
required a large number of cuts for finishing. 
3) Variation in chip thickness: This contributes to the non-steady state cyclic conditions 
of varying cutting forces during the contact of the cutting edge with 

5.2     
the chip thickness varying from zero to maximum size or vice versa. This cyclic 
variation of the force can excite any of the natural frequencies of the machine 
tool system and is harmful to the tool life and surface finish generated.  
A milling machine is one of the most versatile machine tools. It is adaptable for 
quantity production as well as in job shops and tool rooms. The versatility of milling 
is  because  of  the  large  variety  of  accessories  and tools  available  with  milling 
machines. The typical tolerance expected from the process is about ± 0.050mm.  
5.2   Types of Milling Machines 
To satisfy various requirements milling machines come in a number of sizes and 
varieties. In view of the large material removal rates milling machines come with a 
very rigid spindle and large power. The variety rigid spindle and large power. The 
varieties of milling machines available are: 
1)  Knee and column type 
a) Horizontal  c) Universal 
b) Vertical  d) Turret type. 
These are the general purpose-milling machines, which have a high degree of 
flexibility and are employed for all types of works including batch manufacturing. 
A large variety of attachments to improve the flexibility are available for this class of 
milling machines. 
2)  Production (Bed) type 
a) Simplex 
b) Duplex 
c) Triplex 
These machines are generally meant for regular production involving large batch 
sizes.  The  flexibility  less  in  these  machines,  which  is  suitable  for  productivity 
enhancement. 
3)  Piano millers 
These machines are used only for very large work pieces involving table travels 
in meters. 
4)  Special type 
a) Rotary type 
b) Drum type 
c) Copy milling (Die sinking machine) 
d) Key way milling machines 
e) Spline shaft milling machines. 
These machines provided special facilities to suit specific applications that are 
not catered to by the other classes or milling machines.  

Milling Machines   5.3 
5.3   Knee and Column Milling Machines 
5.3.1   Horizontal Knee and Column Type Milling Machines  
The  knee  and  column  type  is  the  most  commonly  used machine  in  view  of  its 
flexibility and easier setup. A typical machine construction is shown in Fig. 5.2 for 
the horizontal axis. The knee houses the feed mechanism and mounts the saddle 
and table. The table basically has the T-slots running along the X-axis for the purpose 
of work holding. The table moves along the Y-axis on the guide ways provided on 
the knee. The feed is provided either manually with a hand wheel or connected for 
automatic by the lead screw, which in turn is coupled to the main spindle drive. 
The knee can move up and down (Z-axis) on a dovetail provided on the column.  
The  massive  column  at  the  back  of  the  machine  houses  all  the  power  train 
including the motor and the spindle gearbox. The power for feed motor is provided 
for the gear, box as well. 
 
Fig.5.2. Horizontal knee and Column type milling machine  
While the longitudinal and traverse motions are provided with automatic motion, 
the raising of the knee is generally made manually. 
The spindle is located at the top end of the column. The arbur used to amount the 
milling  cutters  is  mounted  in  the  spindle  and  is  provided  with  a  support  on  the 
other  end  to  take  care  of  the  heavy  cutting  force  by  means  of  an  overarm  with 
bearing. As shown in Fig.5.2 the overarm extends from the column with "a rigid 
design. The spindle nose has the standard morse taper of the suitable size depending 
upon the machine size. 
The milling cutters are mounted on the arbour at any desired position, the rest oi 
the length  being  filled by  standard  hardened collars of  varying  widths to fix the 
position of the cutter. The arbour is clamped in the spindle with the help of a cjraw 
bar and then fixed with nuts. 
Milling machines are generally specified on the following basis:  
1) Size of the table, which specifies the actual working area on the table and 
relates to the maximum size of the work piece that can be accommodated. 
2) Amount of table travel which gives maximum axis movement that is possible  

5.4     
3) Horse power of the spindle, which actually specifies the power of the spindle 
motor used. Smaller machines may come with 1 to 3hp while the production 
machines may go from 5 to 50hp. 
5.3.2   Vertical Knee and Column Type Milling Machine  
Another type of knee column milling machine is the vertical axis type. Its construction 
is very similar to the horizontal axis type, except for the spindle type and location. 
The spindle is located in the vertical direction and is suitable for using the shank 
mounted milling cutters such as end mills. In view of the location of the tool, the 
setting up of the work piece and observing the machining operation is more convenient.  
Another type of knee and column milling machine is flexible (Fig. 5.4) and 
suitable for machining complex cavities such as die cavities in tool rooms.  
 
Fig.5.3. Vertical Knee and Column Type Milling Machine 
 
Fig.5.4. Some of the milling operations normally carried 
out on vertical axis machine. 

Milling Machines   5.5 
The vertical head is provided with a swivelling facility in horizontal direction where 
by the cutter axis can be swivelled. This is useful for tool rooms where more complex 
milling operations are carried out. 
5.4   Bed Type Milling Machine 
In production milling machines it is desirable to increase the metal removal rates. If 
it is done on conventional machines by increasing the depth of cut, there is possibility 
I of chatter. Hence another variety of milling machines named as bed type machines 
are used which are made more rugged and are capable of removing more material. 
The rugged is obtained as a consequence of the reduction in versatility. The table in 
the case of bed type machines is directly mounted on the bed and is provided with 
only longitudinal motion. The spindle moves along with the column to provide the 
cutting action. Simplex machines (Fig.5.5) are the ones with only one spindle head 
while duplex machines have two spindles (Fig.5.6). The two spindles are located on 
either side of a heavy work piece and remove material from both sides simultaneously.  
 
Fig.5.5. Simplex bed type milling machine 
 
Fig.5.6. Duplex bed type milling machine 

5.6   
5.5  Universal Milling Machine 
It is the most versatile of all the milling machines. It is capable of performing most 
of the machining operations. It is similar to a plain milling machine and differs only 
in  respect  of the  table  movements.  In  a  universal  milling  machine,  in  addition to 
three movements as incorporated in a plain milling machine, the table may have a 
fourth movement, i.e., the table can be swivelled in a horizontal plane. In this machine 
the saddle is made in two parts. The upper part with the work table fitted on it can 
be made free over the lower one and thus can be swivelled to any position M the 
horizontal plane. This special feature enables the work to be set at an angle with the 
cutter for milling helical and spiral flutes and grooves.  
5.6  Size of Milling Machine 
The size of the column and knee type-milling machine is designated by the dimensions 
of the working surface of the table and its maximum length of longitudinal, cross 
and vertical travel of the table. The following are the typical size of a horizontal 
knee type-milling machine. 
Table length x width       =    150 x 310mm. 
Power traverse  =    longitudinal x cross x vertical  
=    650 x 235 x 420mm. 
In addition to the above dimensions number of spindle speeds, number feeds, 
spindle nose taper, power available, net weight and the floor space required, etc. 
should also be stated in order to specify the machine fully.  
5.7  Method of Cutting 
The milling operations are divided into two distinct methods.  
5.7.1   Conventional or Up-Milling (Fig.5.7) 
The work is fed into the rotation of the cutter. The chip is of minimum thickness at 
the start of the cut and is so light that the cutter has a tendency to slide over the 
work until sufficient pressure is built up to bite into the work. This alternate sliding 
leaves marks on the milled surface. 
 
Fig.5.7. Conventional or up milling 

Milling Machines   5.7 
5.7.2   Climb or Down Milling (Fig.5.8) 
The  work  moves  in  the  same  direction  as  the 
rotation  of  the  cutter.  Full  engagement  of  the 
tooth is instantaneous. There is no sliding action 
in  this  type  of  milling  and  hence  better  surface 
finish  is  obtained.  The  cutter  presses  the  work 
down  on  the  work  table.  This  is  the  main 
advantage  of  climb  milling.  But  it  is  not 
recommended  on  light  machines  or  on  large 
older machines that are not in top condition or 
fitted  with  an  anti-backlash  device  to  take  up 
play. There should not be any play in the table. 
Also  the  work  and  holding  device  must  be 
mounted securely otherwise there would be a 
danger of serious accident. 
5.8   Milling Operations 
The following are the different operations performed in a milling machine.  
1) Plain milling 
2) Face milling 
3) Form milling 
4) Straddle milling 
5) Angular milling 
6) Gang milling 
7) Profile milling 
 
8) End milling 
9) Helical milling 
10) Gear cutting 
5.8.1   Plain or slab or Peripheral milling 
It  is  the  operation  of  production  of  a  plain, 
flat, horizontal surface parallel to the axis of 
rotation  of  a  plain  milling  cutter.  The  two 
types of peripheral milling are climb or down 
milling  and  conventional  or  up  milling.  In 
this  operation  the  work  and  the  cutter  are 
secured  properly  on  the  machine.  The 
operation is illustrated in Fig.5.9. 
Fig.5.9. Slab milling 
Fig.5.8. Climb or Down-milling 
 

5.8     
5.8.2   Face Milling 
It is performed by a face-milling cutter rotated about an axis perpendicular to the 
work surface. It is carried out in a plain milling machine and the cutter is mounted 
on a stub arbor to produce a flat surface. The operation is illustrated in the Fig.5.10.  
*=? 
 
1. Face milling Cutter. 2. Work. 
Fig.5.10. Face milling 
5.8.3   Form Milling 
It is the operation of irregular contours by using cutters. The irregular contour may 
be convex. Concave or of any other shape. The form milling operation is illustrated 
in theFig.5.11. 
 
Fig.5.11. Form milling 
5.8.4   Straddle Milling 
It is a milling operation in which a pair of side milling cutters are used for machining 
two  parallel  vertical  surfaces  of  a  work-piece  simultaneously  as  shown  in  the 
Fig.5.12. 

Milling Machines   5.9 
 
Fig.5.12. Straddle milling 
 
5.8.5  Angular Milling 
It  is  the  milling  process,  which  is  used  for 
machining a flat surface at an angle, other than 
i right angle to the axis of the revolving cutter. 
The cutter used may be a single or double angle 
cutter depending upon whether a single surface 
is  to  be  machined  or  two  mutually  inclined 
surfaces  simultaneously  as  shown  in  the 
Fig.5.13. 
5.8.6 Gang Milling  
[is the operation of machining several surfaces 
of a work-piece simultaneously by feeding the 
table against a number of cutters having same 
or different diameters mounted on the arbur of 
3  machine.  This  method  saves  much  of  ma-
chining  time  and  is  widely  used  in  repetitive 
work. The cutting speed of a gang of cutters is 
calculated from the cutter of the larges t diam-
eter. The operation is illustrated in Fig. 5.14. 
5.8.7   Profile Milling 
 
 

 
Fig.5.13. Angular milling 
Fig.5.14. Gang milling 
Fig.5.15. Profile milling 

5.5     
It is the operation of reproduction of an outline of a template or complex shape of a 
master die on a work piece. Different cutters may be used for profile milling. An end 
mill is one of the most-widely used milling cutter in profile milling work as illustrated 
intheFig.5.15. 
5.8.8   End Milling 
It  is  the  operation  of  production  of  a  flat  surface, 
which  may  be  vertical,  horizontal  or  at  an  angle  in 
reference  to  the  table  surface.  The  cutter  used  is an 
end mill. A vertical milling machine is most suitable 
for end milling operation. The Fig. 5.16 illustrates the 
production of slots in a work-piece using end milling 
cutter. 
5.8.9   Helical Milling 
It  is  the  operation  of  production  of  helical  flutes  of 
grooves  around  the  periphery  of  a  cylindrical  or 
conical work piece. The operation is performed by 
swivelling the table to the required helix angle and then by rotating and feeding the 
work  against  rotary  cutting  edges  of  a  milling  cutter.  The  production  of  helical 
milling cutters, helical gears, cutting helical grooves of flutes on a drill blank or a 
reamer are the examples of helical-milling.  
5.8.10 Gear Cutting 
The  gear cutting operation  is  performed  in a  milling  machine  by  using  a  form-
relieved  cutter.  The  cutter  may  be  cylindrical  type  or  end  mill  type.  The  cutter 
profile corresponds exactly with the tooth space of the gear. Equally spaced gear 
teeth are cut in a gear blank by holding the work on a universal dividing head and 
then indexing it. The gear cutting operation by a formed cutter is illustrated the 
Fig.5.17. 
 
Fig.5.16. End milling 
 
Fig.5.17. Gear cutting 

Milling Machines   5.11 
5.9   Work Holding Devices 
A milling machine table comes with precision parallel T-slots along the longitudinal 
axis. The workpiece can therefore be mounted directly on the table using these T-
slots. Alternatively a variety of work holding devices can be used for holding the 
workpiece,  depending  upon  the  type  of  workpiece  and  the  type  of  milling  to  be 
done. 
Vice is the most common form of work holding devices used for holding small 
and regular work pieces. 
The vice is mounted on the table using the T-slots. A variety of vice jaws are 
available to suit different work piece geometries. 
Universal  chuck  is  used  for  holding  round  work  pieces  for  machining  of  end 
slots, splines, etc. Fixtures are the most common form of work holding devices used 
in  production  milling  operations.  They  are  used  to reduce  the  set-up  time  and 
increase the locational accuracy and repeatability. 
For large and irregular work pieces, clamps in a variety of shapes are available as 
shown in Fig. 5.18. 
-fig.5.18. Common work holding methods in milling 
These clamps can be used in a number of ways. Some of the methods are shown in 
Fig. 5.19. However, care has to be taken to ensure that the work piece is not shifted 
under the action of the cutting forces. The clamping force should not be too high as 
this could distort the work piece. 
 
 

 
Fig.5.19. Work holding principles in milling 
5.10 Milling Machine Attachment 
Some classes of milling machine attachments are used for positioning and driving 
the cutter by altering the cutter axis and speed, whereas other classes are used for 
positioning,  holding  and  feeding  the  work  along  a  specified  geometric  path,  the 
following  are  the  different  attachments  used  on  standard  column  and  knee  type 
milling machine. 
5.10.1  Vertical Milling Attachment 
A vertical milling attachment can convert a horizontal milling machine into a vertical 
milling machine by orienting the cutting spindle axis from horizontal to vertical for 
performing specific operations. The attachment consist of a right angle gear box 
which is attached to the nose of the horizontal milling machine spindle by bolting it 
on the column face. The attachment with the spindle can also be swivelled at any 
angle other than at right angles to the table for machining angular surfaces.  
5.10.2  Universal Milling Attachment 
It is similar to the vertical milling attachment but it has an added arrangement for 
swivelling the spindle about two mutually perpendicular axes. This feature of the 
attachment permits the cutting spindle axis to swivel at practically any angle and 
machine any compound angular surface of the work. The attachment is supported 
by the overarm is bolted to the column and enables the cutters to be operated at 
speeds beyond the scope of the machine. 
5.10.3  Slotting Attachment 
The attachment is bolted on the face of the column and can also be swivelled at an 
angle for machining angular surfaces. The length of stroke of the ram can also be  

Milling Machines   5.13 
adjusted. It converts the rotary motion of the spindle in to reciprocating motion of 
the ram by  means of an eccentric ortcrank housed within the attachment. Thus a 
milling machine can be converted in to a slotter by accepting a single point slotter 
tool at the bottom end of the ram and is conveniently used for cutting internal or 
external keyways, splines, etc. 
5.10.4  Universal Spiral milling Attachment 
The universal spiral milling attachment may be used in a plain milling machine or 
in a universal milling machine for cutting a spiral grooves on a cylindrical work 
piece. The attachment is bolted on the face of the column and its spindle head may 
be  swivelled  in  a  vertical  or  horizontal  plane.  While  using  on  a  plain  milling 
machine, the cutter mounted on the attachment may be swivelled to the required 
helix angle for cutting a spiral similar to the swivelling of the table of a universal 
milling machine. 
5.10.5  Rack Milling Attachment 
A rack milling attachment is used for cutting rack teeth on a job mounted on the 
table. The attachment consisting of a gear train enables the spindle axis to be at 
right angles to the machine spindle in a horizontal plane. The successive rack teeth 
are cut by using a rack indexing attachment. The slanted rack teeth or a skew rack 
may be machined when the attachment is mounted on a universal milling machine 
where the table may be swivelled to the required helix angle.  
5.10.6  Circular Milling Attachment 
A circular milling attachment is bolted on the top of the machine table. It. provides 
rotary motion to the work piece in addition to the longitudinal cross and vertical 
movements of the table. The attachment consist of a circular table having T-slots 
mounted on a graduated base. The circular table may be rotated by hand, and in 
special  cases  by  power  by  linking  the  rotary  table driving  mechanism  with  the 
machine lead screw. The surface of any profile of a work piece can be generated by 
combining three or four moments of the table and rotary movement of the attachments. 
In some of the circular milling attachments an index plate is provided on the horizontal 
worm shaft for milling equally spaced slots or grooves on the periphery of a work 
piece. 
5.10.7  Dividing Head Attachment 
A dividing head attachment is bolted on the machined table. The work may be 
mounted  on  a  chuck  fitted  on  the  dividing  head  spindle  or  may  be  supported 
between a live and a dead centre. The dead centre is mounted on a footstock. The 
attachment is principally used for dividing the periphery of a work piece in equal 
number of divisions for machining equally spaced slots or grooves. The worm and 
worm gear driving mechanism of the attachment can be linked with the table lead  
 screw  for  cutting  equally  spaced  helical  grooves  on  the  periphery  of  a 
cylindrical work piece. I 

5.14    
5.11  Milling Cutters 
The  milling  cutter  is  a  multi-point  revolving  tool.  It  has  a  cylindrical  body  and 
rotates on its one axis. It is provided with equally spaced teeth, which engages the 
work piece intermittently and remove material by relative movement of the work 
piece and the cutter. The teeth of the milling cutter can be straight or parallel to the 
axis of the rotation or at an angle known as "helix angle". The helix angle may be 
right hand or left hand and the direction of rotation of the cutter for performing the 
cutting operation depends on this helix angle. Further, a milling cutter may be made 
of single piece (solid cutter) or having the cutting portion welded to a tough shank 
(tipped  solid  cutter)  or  having  removable  cutting  teeth  inserted  in  a  solid  body 
(inserted teeth cutter). 
The milling cutters are classified according to their use as  
1) Standard milling cutters 
2) Special milling cutters. 
5.12  Standard Milling Cutters 
There are many different types of standard milling cutters. They are further classified 
according to the shape of teeth as 
 
a) Plain milling cutters 
b) Side milling cutters 
c) Metal slitting cutters 
d) Angular milling cutters 
e) End milling cutters 
f) T-slot milling cutters 
g) Wood-ruff key slot milling cutter 
h) Fly cutter 
i) Formed cutters 
5.12.1 Plain Milling Cutters 
These  cutters  have  straight  or  helical  teeth  cut  on  the  periphery  of  a  cylindrical 
surface. These are used to mill flat surfaces parallel to the cutter axis. If the cutter is 
too  long  it  is  then  called  as  slab  milling  cutter. The  plain  milling  cutters  are  of 
different categories such as light duty plain milling cutter. These cutters are available 
in diameters from 16 to 160mm and width of the cutters range from 20 to 160mm. 
The Fig. 5.20 illustrates a slab-milling cutter. These cutters are made to have either 
fine pitch or coarse pitch. The fine pitch teeth cutters are used for light and finishing 
work and called as light duty cutters. The coarse pitch teeth cutters are called as 
heavy  duty  slab  milling  cutters. They  carry  less  number  of  teeth  having  a  steep 
helix angle. These are commonly used where heavy cuts are to be employed since 
they are capable of removing more material with less power consumption.  

 
 
Fig.5.20. Slab milling Cutter 
The Fig. 5.21 illustrates a helical plain milling cutter with coarse pitch. The helix 
angle of the teeth of the cutter ranges from 45° to 60°. This cuter is useful in profile 
milling work due to smooth cutting action and is adopted for taking light cuts.  
 
Fig.5.21. Helical milling cutter 
5.12.2 Side Milling Cutters 
These cutters have teeth on the periphery and also on one or both sides of the tool. 
These are usually saw tooth shape as shown in the Fig. 5.22. They are available in 
the following types. 
 
Fig.5.22. Side milling Cutter 
5.12.2.1 Plain Side Milling Cutters  
These have teeth cut on periphery and on both sides of the tool. Their width very 
from 4.75 to 25.4mm and diameters up to 200mm. Two or more of these cutters may 
be mounted on the arbor and the different faces of the work piece may be machined 
simultaneously. 
Milling Machines   5.15 

5.16    
5.12.2.2  Staggered Teeth Side Milling Cutters 
These cutters are mostly used for milling deep slots as. They have teeth with alternate 
helix. 
5.12.2.3  Half Side Milling Cutter 
These cutter are available as left or right hand cutters having teeth on their periphery 
and on any one side. These cutters are used in straddle milling.  
5.12.2.4  Inter Locking Side Milling Cutter 
These cutters are similar in design to the side milling cutters but are used as a unit 
consisting of two cutters joined together such that their teeth interlock. These cutters 
can  be  adjusted  to  the  required  width  by  inserting spacers  between  the  cutters. 
These cutters are used for milling a slot of standard width to the exact size. They 
can also be used in gang milling. 
5.12.3 Metal Slitting Cutters 
These cutters resemble a plain milling cutter or a side-milling cutter in appearance 
but they are of very small width. These are used for cutting-off and slotting operations 
and are somewhat similar to the circular saw blades as shown in the Fig.5.23.  
 
Fig.5.23. Metal Slitting Saw 
The different types of metal slitting cutters (saw) are described below.  
5.12.3.1  Plain Metal Slitting Cutter 
These cutters teeth of saw tooth with both sides slightly concave to provide clearance 
while cutting. They are available in width up to 4.7mm and are used for fine slitting 
operation. 
5.12.3.2  Staggered Teeth Metal Slitting Cutters 
These cutters resemble a staggered teeth side-milling cutter. These cutters have to 
their teeth staged at the periphery with alternate helix. But the width of the cutter is 
limited to 65 to 7mm. These cutters are used for heavy sawing in steel.  
5.12.3.3  Side Teeth Slitting Cutters 
These cutters are used for cutting off wider material or for making a deep slot.  

Milling Machines   5.17 
5.12.4 Angular Milling Cutters 
These cutters may be single or double angle cutters for milling standard surfaces at 
45° to 60°. There are two types of angular milling cutters that are in use.  
5.12.4.1 Single Angular Milling Cutter 
As shown in the Fig. 5.24 the single angle cutters have their teeth either only on 
angular face or on both the angular face and side. The latter type enables milling of 
both the flanks of the included angular groove simultaneously.  
 
Fig.5.24. Single Angular Milling 
5.12.4.2 Double Angular Milling Cutters 
These cutters differ from the single angular cutters in that they have two angular 
faces  which  join  together  to  form  V-shaped  teeth  as  shown  in  the  Fig.5.25.  This 
included angle is either 45°, 60° or 90° and the angle of both the faces of the cutter is 
not necessary equal. These cutters are mainly used for spiral grooves.  
 
Fig.5.25. Double angular milling cutters 
5.12.5 End Milling Cutters 
The cutters have cutting teeth on the end' as well as on the periphery of the cutter. 
These are of two types, 
(i)     Those having the shank known as shank type cutters and  
(ii) Others, which do not have the shank, called as shell type cutters. In shank type 
cutters the cutter body works as a shank where as in shell type cutters the body 
and shank are separate. 

5.18    
Shank type and milling cutters are of two types, (i)     
Taper shank milling cutter (ii)    Straight stand end-
milling cutters. 
5.12.5.1  Taper shank End Milling Cutter 
These cutters have teeth on end of the taper shank and the tang is like the drill spindle to fit 
in a collet. 
5.12.5.2  Straight Shank Milling Cutter 
These  cutters  have  a  straight  cylindrical  shank.  They  can  have  teeth  at  one  or both  ends. 
Their teeth may be straight or helical. 
5.12.5.3  Shell End Milling Cutter 
These  cutters  are  made  in  larger  sizes  than  solid 
mills.  These  cutters  have  a  hole  at  one  end  and  a 
slot  milled  at  the  other  end  to  fit  the  tang  on  the 
arbor.  The  cutter  is  held  on  the  arbor  by  a_cap 
screw.  These  cutters  are  used  for  facing,  slotting 
and  side  milling  operations.  A  type  of  shell  end 
milling cutter is shown in the Fig.5.26.     Fig.5.26. 
Shell end mi l li ng  cutter 
5.12.6 T-slot Milling Cutter 
It is a single operation Cutter,  which is  used only  for cutting T-slots. In  smaller sizes the 
shank  is  made  integral  with  the  cutter  as  shown  in the  Fig.5.27. The  large  size  cutter  are 
mounted on a separate shank. The teeth are provided on the periphery as  well as on both 
sides of the cutters. 
 
Fig.5.27. T-slot milling cutter 
5.12.7 Wood Ruff Key Slot Milling Cutter 
It  is  a  small  standard  cutter  similar  in  construction  to  a  thin  small  diameter  plain  milling 
cutter. It is intended for the production of woodruff key slots. This cutter is provided with a 
shank and may have straight or stagged teeth as shown in the Fig.5.28. 
 

Fig.5.28. Wood reff key slot milling cutter 
5.12.8 Fly Cutter 
It is a single point tool. It is either mounted on a cylindrical body held in a stab 
orbor  or  held  in  a  bar  exactly  in  the  same  way  as  a  boring  bar  as  shown  in  the 
Fig.5.29. 
 
Fig.5.29. Fly Cutter 
The cutting edge may be formed to reproduce contoured surface. It is generally 
used for experimental purpose when the standard cutters are not available.  
5.12.9 Formed Cutters 
These  cutters  have  irregular  profile  on  the  cutting  edge  in  order  to  generate  an 
irregular out line of the work. The different types of standard formed cutters are  
1) Convex milling cutter and 
2) Concave milling cutter. 
5.12.9.1 Convex Milling Cutter 
This  cutter  has  teeth  curved  outwards  on  the  circumferential  surface  to  form  the 
contour  of  a  semicircle.  The  produces  a  concave  semicircular  surface  on  a  work 
piece. The diameter of the cutter ranges from 50 to 125mm and the radius of the 
semicircle varies from 1.6 to 20mm. The Fig. 5.30 illustrates a convex milling cutter.  
 
Milling Machines   5.19 

 
Fig. 5.30. Convex milling cutter 
5.12.9.2 Concave Milling Cutter 
This type of cutter has teeth curved in wards on the circumferential surfaces to form 
the contour of a semicircle. The concave milling cutter produces a convex semicircular 
surface on a work piece. The diameter of the cutter ranges from 56 to 15mm and 
the  radius  of  the  semicircle  varies  from  1.5  to  20mm.  The  Fig.5.31  illustrates  a 
concave milling cutter. 
 
Fig.5.31. Concave milling Cutter 
5.13 Cutters Materials 
The milling cutters may be made of 
1) High speed steel 
2) Super high speed steel 
3) Non-ferrous cast alloys or cemented carbide tipped. 
In normal work high speed steel cutters are more common in production shops. 
Carbide tipped cutters are used as they last long and yield high production. The tips 
of carbide are brazed on the high carbon steel body of the cutter.  
5,13.1 Teeth Forms of a Milling Cutter 
A milling cutter have teeth of three forms 
(i)     Saw tooth 

Milling Machines   5.21 
(ii)   Form tooth and 
(iii) Inserted tooth. 
5.13.2 Nomenclature of a Milling Cutter 
|The nomenclature of a milling cutter is illustrated in the Fig. 5.32.  
 
Fig.5.32. Nomenclature of a milling cutter 
(i) Body of Cutter 
The part of the cutter left after exclusion of the teeth and the portion to which the 
teeth are attached. 
(ii) Cutting Edge 
The edge formed by the intersection of the teeth and the circular land or the surface 
left by the provision of primary clearance. 
(iii) Face 
The portion of the gash adjacent to the cutting edge on, which the chip impinges as 
its cut from the box. 
(iv) Fillet 
The curved surface at the bottom of the gash which joins the face of one tooth to the 
back of the tooth immediately a-head. 
(v) Gash 
The chip space between the back of one tooth and the face of the next tooth.  
(vi) Land 
The part of the back of the tooth adjacent to the cutting edge, which is relived to 
avoid interference between the surface being machined and cutter.  

5.22     
(vii) Lead 
The axial advance of the helix of the cutting edge in one complete revolution of the 
cutter. 
(viii) Outside Diameter 
The diameter of the circle passing through the peripheral cutting edge.  
(ix) Root Diameter 
The diameter of the circle passing through the bottom of the fillet.  
5.14 Cutter Angles 
5.14.1  Relief Angle 
The angle in a plane perpendicular to the axis, which is the angle between the land 
of the tooth and tlje tangent to the out side diameter of the cutter at the cutting edge 
of that tooth. 
5.14.2  Primary Clearance Angle 
The angle formed by the back of the tooth with a line drawn tangent to the periphery 
of the cutter at the cutting edge. 
5.14.3  Secondary Clearance Angle 
The angle formed by the secondary clearance surface of the tooth with a line drawn 
tangent to the periphery of the cuter of the cutting edge.  
5.14.4  Rake Angle 
The angle measured in the diameter plane between the face of the tooth and radial 
line passing through the tooth cutting edge. It may be positive, negative or zero.  
5.14.5  Axial Rake Angle 
The  angle  between  the  line  of  peripheral  cutting  edge  and  the  axis  of  the  cutter 
when looking radially at the point of intersection. 
5.14.6  Lip Angle 
The included angle between the land and, the face of tooth or alternately the angle 
between the tangent to the back at the cutting edge and the face of the teeth.  
5.14.7  Helix Angle 
The cutting edge angle, which a helical cutting edge makes with a plane containing 
the axis of a cylindrical cutter. 

Milling Machines   5.23 
5.15  Indexing 
In many milling operations, the job is required to be rotated correct to the fractions 
on minutes, such as in milling gear teeth, splines, grooves slots, hexagonal or square 
heads, of bolts and nuts, etc. the operation of rotating the job through the required 
angle between the two successive cuts is called indexing. This angle between the 
two successive cuts is called indexing. This is accomplished with the help of the 
indexing head or dividing head.  
5.16  Methods of Indexing 
The principle methods of indexing are as follows. 
1) Direct indexing 
2) Simple or plain indexing. 
3) Compound indexing 
4) Differential indexing 
5) Angular indexing. 
5.16.1  Direct Indexing 
Direct indexing is accomplished by using the index plate attached to the work spindle. 
The index plate has 24 divisions, and can be divided in to 2, 3, 4, 6, 8 and 12 equal 
parts  directly.  It  is  engaged  by  a  plunger  pin  on  the  head,  and  can  be  turned the 
required amount by hand. The use of worm and worm wheel is avoided. This method 
of indexing limited only to those divisions that are factor or 24. It is a quick method 
of indexing and used when only a few cuts are required in a revolution.  
5.16.2  Simple or Plain Indexing 
It  is  accomplished  by  turning  the  crank  a  number  of  turn  to  rotate  the  work  the 
desired amount, the indexing plate being held in a fixed position. Different index 
plates with varying number of holes are used to increase the range of indexing.  

With a ratio of 40 to 1, on revolution of the crank will rotate the work -—of a  
40 
revolution. Hence to cut a gear with 40 teeth the crank would be locked the plate by  
the index pin and a cut would be made. After one cut, the handle would be turned  
one revolution and another cut taken and so on. To cut a gear with 20 teeth would  
require 2 turns of the handle. The cut 8 flutes on a reamer, 5turns of the handle  
would be made. As long as the number of cuts to be taken is factor of 40, it is a  
simple matter to calculate the number of handle turns. By following these simple  
calculations, we conclude the following rule: 

 
 
If 24 teeth are to be cut on a gear blank, then 
 
First, select a circle on the index plate that is divisible by 3. If a 24-space circle is 
available,  then  the  worm  is  to  be  rotated  by  the  handle  through  one  complete 
rotation and 16 spaces of 24 space circle. In setting the arms, space and not holes 
should be counted. 
 
Fig. 5.33. Simple indexing mechanism 
5.16.3 Compound Indexing 
It is accomplished on the same principle as the simple indexing, but the only difference 
is that is used two different circles of one plate and hence also sometimes referred to 
as hit and trial method. The principle of compound indexing is to obtain the required 
division by two stages. 
(i)     By rotating the crank or handle in useual way keeping the index plate fixed.  
(ii) By releasing the back-pin and then rotating the index plate with the handle.  
Let 27 teeth are to be cut on a gear blank, 
Thus, for each tooth, rotate the worm by 12 spaces of 18 space circle with the help of 
crank and then rotate the index plate by 22 spaces of 27 space circle. 
5.24 s 
 
 
 

Milling Machines   5.25 
5.16.4  Differential Indexing 
Plain indexing is sometimes limited to a certain extent due to the available number 
of index plates with different space circles. If the work is to be turned an amount 
that cannot be obtained by plain indexing the differential indexing is adopted. In 
such a case, the index plate is unlocked and connected to a train of gears, which 
receive their motion from the worm gear spindle. As the handle is turned, the index 
plate also turns, but at a different rate. Its movement depends on these gear used to 
drive it. After the gears are set up, the operation is similar to simple indexing. By the 
method of indexing, the work may be rotated by any fraction of revolution with the 
usual indexing plates. 
The following relation is used for calculating the necessary gears to be placed 
between the spindle and the worm shaft. 
 
and a crank movement  
Where N = no. of divisions to be indexed and P = a no. of slightly more or less 
than N. 
The equation (5.1) gives the gear ratio to be placed on the spindle (driver) and 
the worm shaft (Driven). The arrangement of gears may be simple or compound 
train depending upon the suitability. 
If (n-N) is positive, then rotate the index plate in the direction in which crank is 
rotated. If it is negative, then rotate the index plate in opposite direction to that of 
the crank. 
5.16.5  Angular Indexing 
Sometimes the work is to be rotated through a certain angle instead of rotating it 
through certain division of its periphery. Angular indexing gives the rotation of work 
through certain angle. Since the crank and spindle ratio is 40:1 by moving the crank  
1 through one 
revolution, the spindle or the work move through —
lh
 of revolution. 
i.e. -rr- = 9 degrees. 
Example 5.1 
Find the indexing movement need for milling the sides of (a) square nut (b) hexagonal 
nut. 
Solution 
(a) using the relation, 

/0.34     
5.17 Cutting Speed, Feed and Depth of cut 
5.17.1  Cutting speed 
The speed of milling cutter is its peripheral linear speed resulting from rotation. It is 
expressed in meters per minute. The cutting speed can be derived from the formula:  
 
where, V = The cutting speed in m per min 
d = The diameter of the cutter in mm. 
n = The cutter speed in r.p.m. 
The spindle speed of a machine is selected to give the desired peripheral speed 
of the cutter. The average values of cutting speed for different materials are given in 
table 
5.17.2  Feed 
The  feed  in  a  milling  machine is  defined as the rate  with  which the  work  piece 
advances under the cutter. The feed is expressed in a milling machine by the following 
three different methods. 
1) Feed Per Tooth (Sz) 
The feed per tooth is defined by the distance the work advances in the time between 
engagement by the two sucessive teeth. It is expressed in millimeters per tooth of 
the cutter. 
2) Feed Per Cutter Revolution (Srev) 
The feed per cutter revolution is the distance the work advances in the time when 
the cutter turns through one complete revolution. It is expressed in millimeters per 
revolution of the cutter. 
3) Feed Per Minute (SJ 
The feed per minute is defined by the distance the work advances in one minute. It 
is expressed in millimeters per minute. 
The feed per tooth, the feed per cuttter revolution, and the feed per minute are 
related by the formula which is given below. 
Sm = n x Srev = Sz x Z x n .........................................(5.3) 

Milling Mach ines   5.35 
where, 
Z = number of teeth in the cutter and n = 
the cutter speed in r.p.m The average values of 
feed are given in Table. 
Table: 5.1 Averge cutting speed and feed of different materials.  
 
Face milling 
Tool steel  h.s.s  Tool steel  h.s.s 
Work material 
Cuttin 
8 speed 
Feed 
mm/ 
min 
Cuttin 

speed 
Feed 
mm/m 
in 
Cuttin 

speed 
Feed 
mm/m 
in 
Cuttin 
g speed 
Feed 
mm/min 
Mild steel 37 
kg/mm
2

7.2-18 150-15 24-42 300-30 7.2-18 50-10 18-36 80-15 
Grey cast iron  6-15  250-15 18-36 250-25 6-15  60-20 15-30 100-30 
Mild steel 50 
kg/mm
2
 
7.2-15 150-15 18-36 250-25 7.2-15 40-10 15-30 70-15 
Bronze or brass  18-36 200-20 42-72 300-30 18-36 100-20 36-60 180-30 
Cutting speed is in m/min. 
5.17.3 Depth of cut 
The depth of cut in milling is the thickness of the material removed in one pass of 
the  work  under  the  cutter.  It  is  the  perpendicular distance  measured  between  the 
original and final surface of the work piece, and is expressed in min,  
5.18 Calculation of Machining Time 
The  time  required  to  mill  a  surface  for  any  operation  can  be  calculated  from  the 
formula: 
 
Where  T = The time required to complete the cut in minutes.  
L = The length of the table travel to complete the cut in mm.  
Sz = The feed per tooth in mm 
Z = The number of teeth in the cutter 
n = The r.p.m. of the cutter. 

5.36     
In Fig. 5.37 the length of the table travel 'L' is composed of two parts: the 
length of the work 'C and the approach length A' is the distance through which the 
cutter must be moved before the full depth of cut is reached.  
 
Fig.5.37. Approach length for plain milling cutter. 
Approach length for Plain Milling Cutter 
The approach A for a plain milling cutter can be calculated from the equation:  
 
or  
where, A = The approach in mm. 
B = The depth of cut in mm 
D = The diameter of the cutter in mm. 
Approach length for face milling cutter 
Referring to the Fig.5.38 the approach length for a face milling cutter can be 
calculated from the equation. 
 
where   A = The approach length in mm D 
= The diameter of the cutter. 

 
 

Milling Machines   5.37 
 
B = The width of the work 
Putting the value of 'C in the equation 
 
Fig.5.38. Approach length for face milling cutter 
 
 
Tags