高速切削、強力切削可明顯進步加工效率,是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。但隨著切削速度的進步,在某些加工場合也帶來了加工質(zhì)量方面的題目。如采用旋風銑削法高速銑削內(nèi)、外螺紋時(見圖1),固然加工效率高、刀具冷卻效果好,但加工出的螺紋精度并不高,且螺紋牙槽兩側(cè)面的表面質(zhì)量存在較大差異。對于粗加工工序,螺紋牙側(cè)表面加工精度影響不大,但對于一次完玉成牙深切削的終極加工而言,這一題目不容忽視。為此,本文對旋風銑削絲杠螺紋時牙槽兩側(cè)面的表面質(zhì)量進行了分析計算,并先容了旋風銑刀的設計方法。
a)銑削外螺紋
(b)銑削內(nèi)螺紋
圖1 旋風銑削內(nèi)、外螺紋
2 牙槽兩側(cè)面表面質(zhì)量的計算與分析
1) 牙槽兩側(cè)面表面特征
旋風銑削絲杠螺紋時,當銑削速度進步到2000r/min 以上,螺紋牙槽底面(溝底)及其中一側(cè)面的表面質(zhì)量明顯進步。由加工結(jié)果可知,無論是采用刀具進給方式、由車床改裝的旋風銑削裝置,還是采用工件進給方式的專用絲杠加工設備,均為迎向銑刀的牙槽一側(cè)(記為A側(cè))的表面加工質(zhì)量明顯優(yōu)于相對的另一側(cè)(記為B側(cè))。A側(cè)表面光滑锃亮;B側(cè)表面光澤不明顯,用手觸摸有細微粗糙感。
2) A側(cè)表面粗糙度計算
如圖2所示,設刀刃位于水平線OO'時為零時刻,經(jīng)過期間t后,銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒,則有
wFt+wwt=1/Z
式中,wF、ww分別為銑刀和工件的轉(zhuǎn)動角速度,Z為裝刀數(shù)。設轉(zhuǎn)速比l=wF/ww=nF/nw(nF,nw分別為銑刀和工件的轉(zhuǎn)速),則可得
t=1(/l+1)wwZ
圖2 牙槽側(cè)面粗糙度分析
設被加工螺紋螺距為P,則經(jīng)過期間t后,刀具的軸向進給位移量為
S1=wwtP=P(/l+1)Z
與此同時,工件轉(zhuǎn)過的角度為
q=2pwwt=2p(/l+1)Z
刀具下降高度為
Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
則刀具的橫向位移量為
則刀具的橫向位移量為
式中,R為絲杠直徑,h為牙槽深度,b為螺旋升角。由此可得A側(cè)表面的理論粗糙度值為
3) B側(cè)表面粗糙度計算
由于刀具加工時既有橫向位移又有進給位移,因此經(jīng)過期間t后,銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒時,刀具切進點的位移量為軸向進給位移與向后的橫向位移之和,則B側(cè)表面的理論粗糙度值為
Rz2=S1+S2=P(/l+1)Z+2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
4) 兩側(cè)面表面質(zhì)量差異分析
銑刀作軸向進給運動時,A側(cè)面在銑刀側(cè)刃擠壓下被高速銑削。當切削速度達2000~3000r/min時,加工區(qū)火花四濺,切屑局部呈柑紅色,表明該處切削溫度已達800℃以上(通過計算也可得出此結(jié)論),此時金屬原子熱振動振幅增大,原子間鍵力減弱,導致工件材料的硬度和強度降低,同時切削時的彈性變形、塑性變形和摩擦力也明顯減小。由于大部分切削熱被切屑帶走,傳進工件表層的切削熱很少,滲透層很薄,表面層物理力學性能的變化在答應范圍內(nèi),因此A側(cè)面的表面質(zhì)量得到進步。此外,由于每齒切削厚度和進給量減小,A側(cè)相當于在被銑削的同時也被研磨,使表面質(zhì)量進一步進步。而B側(cè)被銑削時,由于存在進給運動,刀具在該時刻已離開被銑部位,因此不存在擠壓與研磨作用。可見,切削力作用形式的差異也給兩側(cè)的表面質(zhì)量帶來不同的影響。
根據(jù)上述計算與分析可知,由于Rz1 < Rz2,加上A、B兩側(cè)銑削作用力的不同影響,故A側(cè)表面質(zhì)量優(yōu)于B側(cè),這與在實際加工中的觀察結(jié)果一致。
3 旋風銑刀的設計
刀具材料的選用
當銑削速度達到2000r/min以上時,刀具與工件接觸時間約為0.003s,而切削熱在鋼中的傳播速度約為0.5mm/s,即在刀具與工件接觸時間內(nèi)熱量傳播間隔僅為1.5μm 左右,因此僅有極少量切削熱傳進刀具中。此外,由于刀刃空行程較長,使刀刃承受的熱脈沖大大降低,因此銑刀刃部溫度始終保持在300℃左右,不易引起刀具硬度降低,刀具磨損較小。但是,由于刀刃工作方式為高速斷續(xù)切削,整個工藝系統(tǒng)振動較大,刀刃部位需要承受較強的正壓力脈沖和彎曲應力脈沖,因此要求刀具材料具有較好韌性。綜合考慮上述加工特點,刀具材料不宜選用硬質(zhì)合金247mu.cn,選用65Mn淬火鋼較好。
圖3 銑刀盤裝配圖
圖4 刀夾結(jié)構(gòu)圖
刀具結(jié)構(gòu)設計
為進步加工效率,筆者設計了圖3所示銑刀盤結(jié)構(gòu)和圖4所示刀夾。刀夾上開有裝刀槽,將長條形刀片置于其中,上面蓋壓一帶槽薄板,然后裝進銑刀盤刀槽中,用內(nèi)六角螺釘壓緊,即可進行銑削加工。當?shù)镀p后,松開壓緊螺釘,取出長條形刀片,對切削刃部分重新刃磨后即可重復使用。如切削時刀片有后退傾向,可在銑刀盤上加裝可調(diào)擋塊。與焊接式或其它刀具結(jié)構(gòu)相比,這種可轉(zhuǎn)位銑刀盤結(jié)構(gòu)可減少刃磨、裝卸和對刀工時,刀片可247mu.cn重復利用,具有加工效率高、加工本錢低等優(yōu)點
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