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发表于 2008-4-8 17:25:06
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我找了点资料请大家看看！！！" |) ?, L2 L& i" h+ N+ _6 [
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$ H" d5 Y4 v0 v旋风铣削丝杠螺纹时牙槽两侧表面质量差异分析及铣刀设计3 d' o0 v, z. l; ~! [
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1 引言 5 Q& k+ c' r9 M+ d7 L
4 j( J4 E% j, n. A高速切削、强力切削可显著提高加工效率，是现代制造技术的重要发展趋势之一。但随着切削速度的提高，在某些加工场合也带来了加工质量方面的问题。如采用旋风铣削法高速铣削内、外螺纹时(见图1)，虽然加工效率高、刀具冷却效果好，但加工出的螺纹精度并不高，且螺纹牙槽两侧面的表面质量存在较大差异。对于粗加工工序，螺纹牙侧表面加工精度影响不大，但对于一次完成全牙深切削的最终加工而言，这一问题不容忽视。为此，本文对旋风铣削丝杠螺纹时牙槽两侧面的表面质量进行了分析计算，并介绍了旋风铣刀的设计方法。
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, b% {+ j3 Y2 a# N8 Y5 Hnewmaker.com ) P' ^. t1 y4 C" W
a)铣削外螺纹 # \2 \* g6 ?4 i8 G/ U
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(b)铣削内螺纹
# R5 a+ N/ y, W' N图1 旋风铣削内、外螺纹 4 `& J- X6 l* D% p( h2 P* N, v* B
2 牙槽两侧面表面质量的计算与分析 : E$ x# s1 U- t% v6 [7 j$ z
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1) 牙槽两侧面表面特征
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旋风铣削丝杠螺纹时，当铣削速度提高到2000r/min 以上，螺纹牙槽底面(沟底)及其中一侧面的表面质量明显提高。由加工结果可知，无论是采用刀具进给方式、由车床改装的旋风铣削装置，还是采用工件进给方式的专用丝杠加工设备，均为迎向铣刀的牙槽一侧(记为A侧)的表面加工质量明显优于相对的另一侧(记为B侧)。A侧表面光滑锃亮；B侧表面光泽不明显，用手触摸有细微粗糙感。 $ R+ d& k6 `& w6 z6 I' c" y
) ^9 I# r; q- d3 v: t) e
2) A侧表面粗糙度计算
1 L% ^0 y: d7 F9 x7 @) A( g4 C7 y/ g# V
如图2所示，设刀刃位于水平线OO'时为零时刻，经过时间t后，铣刀盘转过一齿，则有 : X: c5 Q. n9 g1 I
: {1 m2 ^7 I7 \8 ]) o
wFt+wwt=1/Z & d _3 V8 ^2 L# e9 y/ H1 t
2 A0 Q: x" T! o0 L: D7 Z: h2 o6 n9 ^- `* E* b
式中，wF、ww分别为铣刀和工件的转动角速度，Z为装刀数。设转速比l=wF/ww=nF/nw(nF，nw分别为铣刀和工件的转速)，则可得 5 t. J1 `, b8 K* I1 y8 s9 H
3 S2 m4 e% `! O4 s! P
t=1(/l+1)wwZ
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j& { i% U. l! c! ]# d) y图2 牙槽侧面粗糙度分析
" n+ ~" R$ i. Y. F& D设被加工螺纹螺距为P，则经过时间t后，刀具的轴向进给位移量为
) O6 B2 l# G! [- H. c8 j. e9 M5 C2 i
S1=wwtP=P(/l+1)Z
' }# n/ f: b3 {6 g- d* J, c. _2 \+ P9 x/ _5 x; l% @8 `
% W% y* y, }+ c) {9 k- `. l" B6 J与此同时，工件转过的角度为
3 H7 b% J0 Q- z" s4 M2 f# l7 d" y0 s/ u* A, B
q=2pwwt=2p(/l+1)Z
' h f7 h$ b \( h) g" Y' ~# b
/ A8 L+ o/ [ W* A+ j* m9 d% _3 u8 O* c! `) [9 P" d
刀具下降高度为 1 l; I) ^& F- i/ H4 F% y; R
2 Y$ k/ m/ F4 l2 j( dY=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
7 { r4 }: \% _) O( R% `/ h- C" d- [, u6 ^. d
: l% T& @) B' x9 [则刀具的横向位移量为
: T- w, @, l/ R( |% l+ {: _; S9 K2 S" ?: f% Q/ y6 o
S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z] 9 y6 }" R) p1 U! w8 W
, \& I g; g" C$ {$ P2 D& Y$ {: t1 i+ D( z8 [3 i
式中，R为丝杠直径，h为牙槽深度，b为螺旋升角。由此可得A侧表面的理论粗糙度值为
/ b- i, `+ V0 a: f4 [) S+ z" U( c; [3 Q- T6 r" Z. H& e* G5 ?/ v7 I
Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
7 x+ ^" i' J/ g3 I2 S* u i+ O/ m) y+ T
6 u' H: [, \) E& T- c
3) B侧表面粗糙度计算
5 i) r' I, ?4 Z Z+ g2 R
0 o" N) `" n; L; z, L由于刀具加工时既有横向位移又有进给位移，因此经过时间t后，铣刀盘转过一齿时，刀具切入点的位移量为轴向进给位移与向后的横向位移之和，则B侧表面的理论粗糙度值为
, N8 k* t+ a; q1 _
# y {. w9 e$ B( H9 E4 M/ |5 TRz2=S1+S2=P(/l+1)Z+2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z] 8 V# z' K: d( P& ?( H% \
% P( C& D- a, T0 [* [$ f# z0 h! o$ o
8 ^) \; Y; y$ Y: w4) 两侧面表面质量差异分析
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铣刀作轴向进给运动时，A侧面在铣刀侧刃挤压下被高速铣削。当切削速度达2000～3000r/min时，加工区火花四溅，切屑局部呈柑红色，表明该处切削温度已达800℃以上(通过计算也可得出此结论)，此时金属原子热振动振幅增大，原子间键力减弱，导致工件材料的硬度和强度降低，同时切削时的弹性变形、塑性变形和摩擦力也明显减小。由于大部分切削热被切屑带走，传入工件表层的切削热很少，渗入层很薄，表面层物理力学性能的变化在允许范围内，因此A侧面的表面质量得到提高。此外，由于每齿切削厚度和进给量减小，A侧相当于在被铣削的同时也被研磨，使表面质量进一步提高。而B侧被铣削时，由于存在进给运动，刀具在该时刻已离开被铣部位，因此不存在挤压与研磨作用。可见，切削力作用形式的差异也给两侧的表面质量带来不同的影响。 + x8 D1 Z8 w8 I. B5 d2 @# d
1 ^4 h& T; r$ f4 r
根据上述计算与分析可知，由于Rz1 < Rz2，加上A、B两侧铣削作用力的不同影响，故A侧表面质量优于B侧，这与在实际加工中的观察结果一致。
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6 m. O3 U" k8 _* l9 z7 Z3 I- V3 旋风铣刀的设计 . x# Q5 n# n7 O6 n
' e4 ~6 ?% S7 \% g0 Q. \; m+ j刀具材料的选用
1 P: W7 Q" L4 l! [7 Y0 z* Q7 H2 F
当铣削速度达到2000r/min以上时，刀具与工件接触时间约为0.003s，而切削热在钢中的传播速度约为0.5mm/s，即在刀具与工件接触时间内热量传播距离仅为1.5µm 左右，因此仅有极少量切削热传入刀具中。此外，由于刀刃空行程较长，使刀刃承受的热脉冲大大降低，因此铣刀刃部温度始终保持在300℃左右，不易引起刀具硬度降低，刀具磨损较小。但是，由于刀刃工作方式为高速断续切削，整个工艺系统振动较大，刀刃部位需要承受较强的正压力脉冲和弯曲应力脉冲，因此要求刀具材料具有较好韧性。综合考虑上述加工特点，刀具材料不宜选用硬质合金，选用65Mn淬火钢较好。
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8 X+ ?: K) T& P; m图3 铣刀盘装配图 7 `5 ~1 x) t9 m& q& G# `) G$ w
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" {! W& N; o& h) D/ S' H4 q* |5 g c图4 刀夹结构图 , f; b" N8 f/ F! x
刀具结构设计
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; I' |# C! p/ V6 D5 Z' L为提高加工效率，笔者设计了图3所示铣刀盘结构和图4所示刀夹。刀夹上开有装刀槽，将长条形刀片置于其中，上面盖压一带槽薄板，然后装入铣刀盘刀槽中，用内六角螺钉压紧，即可进行铣削加工。当刀片磨损后，松开压紧螺钉，取出长条形刀片，对切削刃部分重新刃磨后即可重复使用。如切削时刀片有后退倾向，可在铣刀盘上加装可调挡块。与焊接式或其它刀具结构相比，这种可转位铣刀盘结构可减少刃磨、装卸和对刀工时，刀片可重复利用，具有加工效率高、加工成本低等优点。 |
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楼主: rongjian
发表于 2008-4-8 18:00:25
