旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí)牙槽兩側(cè)表面質(zhì)量差異分析及銑刀設(shè)計(jì)
發(fā)布者:暢馨精工 發(fā)布時(shí)間:2019-8-2 9:35:43
1 引言
2 牙槽兩側(cè)面表面質(zhì)量的計(jì)算與分析
1) 牙槽兩側(cè)面表面特征
旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí),當(dāng)銑削速度進(jìn)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(jìn)步。由加工結(jié)果可知,無(wú)論是采用刀具進(jìn)給方式、由車床改裝的旋風(fēng)銑削裝置,還是采用工件進(jìn)給方式的專用絲杠加工設(shè)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(duì)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(xì)微粗糙感。
2
2) A側(cè)表面粗糙度計(jì)算
如圖2所示,設(shè)刀刃位于水平線OO'時(shí)為零時(shí)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(dòng)角速度,Z為裝刀數(shù)。設(shè)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(shè)被加工螺紋螺距為P,則經(jīng)過期間t后,刀具的軸向進(jìn)給位移量為
S1=wwtP=P(/l+1)Z
與此同時(shí),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
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
S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
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
Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
3) B側(cè)表面粗糙度計(jì)算
由于刀具加工時(shí)既有橫向位移又有進(jìn)給位移,因此經(jīng)過期間t后,銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒時(shí),刀具切進(jìn)點(diǎn)的位移量為軸向進(jìn)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),A側(cè)面在銑刀側(cè)刃擠壓下被高速銑削。當(dāng)切削速度達(dá)2000~3000r/min時(shí),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(dá)800℃以上(通過計(jì)算也可得出此結(jié)論),此時(shí)金屬原子熱振動(dòng)振幅增大,原子間鍵力減弱,導(dǎo)致工件材料的硬度和強(qiáng)度降低,同時(shí)切削時(shí)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(jìn)工件表層的切削熱很少,滲透層很薄,表面層物理力學(xué)性能的變化在答應(yīng)范圍內(nèi),因此A側(cè)面的表面質(zhì)量得到進(jìn)步。此外,由于每齒切削厚度和進(jìn)給量減小,A側(cè)相當(dāng)于在被銑削的同時(shí)也被研磨,使表面質(zhì)量進(jìn)一步進(jìn)步。而B側(cè)被銑削時(shí),由于存在進(jìn)給運(yùn)動(dòng),刀具在該時(shí)刻已離開被銑部位,因此不存在擠壓與研磨作用??梢?,切削力作用形式的差異也給兩側(cè)的表面質(zhì)量帶來(lái)不同的影響。
根據(jù)上述計(jì)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?jī)?yōu)于B側(cè),這與在實(shí)際加工中的觀察結(jié)果一致。
高速切削、強(qiáng)力切削可明顯進(jìn)步加工效率,是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。但隨著切削速度的進(jìn)步,在某些加工場(chǎng)合也帶來(lái)了加工質(zhì)量方面的題目。
如采用旋風(fēng)銑削法高速銑削內(nèi)、外螺紋時(shí)(圖一),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(duì)于粗加工工序,螺紋牙側(cè)表面加工精度影響不大,但對(duì)于一次完玉成牙深切削的加工而言,這一題目不容忽視。
為此,本文對(duì)旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí)牙槽兩側(cè)面的表面質(zhì)量進(jìn)行了分析計(jì)算,并先容了旋風(fēng)銑刀的設(shè)計(jì)方法。
(圖一)
2 牙槽兩側(cè)面表面質(zhì)量的計(jì)算與分析
1) 牙槽兩側(cè)面表面特征
旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí),當(dāng)銑削速度進(jìn)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(jìn)步。由加工結(jié)果可知,無(wú)論是采用刀具進(jìn)給方式、由車床改裝的旋風(fēng)銑削裝置,還是采用工件進(jìn)給方式的專用絲杠加工設(shè)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(duì)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(xì)微粗糙感。
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2) A側(cè)表面粗糙度計(jì)算
如圖2所示,設(shè)刀刃位于水平線OO'時(shí)為零時(shí)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(dòng)角速度,Z為裝刀數(shù)。設(shè)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(shè)被加工螺紋螺距為P,則經(jīng)過期間t后,刀具的軸向進(jìn)給位移量為
S1=wwtP=P(/l+1)Z
與此同時(shí),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
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
S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
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
Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
3) B側(cè)表面粗糙度計(jì)算
由于刀具加工時(shí)既有橫向位移又有進(jìn)給位移,因此經(jīng)過期間t后,銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒時(shí),刀具切進(jìn)點(diǎn)的位移量為軸向進(jìn)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí),A側(cè)面在銑刀側(cè)刃擠壓下被高速銑削。當(dāng)切削速度達(dá)2000~3000r/min時(shí),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(dá)800℃以上(通過計(jì)算也可得出此結(jié)論),此時(shí)金屬原子熱振動(dòng)振幅增大,原子間鍵力減弱,導(dǎo)致工件材料的硬度和強(qiáng)度降低,同時(shí)切削時(shí)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(jìn)工件表層的切削熱很少,滲透層很薄,表面層物理力學(xué)性能的變化在答應(yīng)范圍內(nèi),因此A側(cè)面的表面質(zhì)量得到進(jìn)步。此外,由于每齒切削厚度和進(jìn)給量減小,A側(cè)相當(dāng)于在被銑削的同時(shí)也被研磨,使表面質(zhì)量進(jìn)一步進(jìn)步。而B側(cè)被銑削時(shí),由于存在進(jìn)給運(yùn)動(dòng),刀具在該時(shí)刻已離開被銑部位,因此不存在擠壓與研磨作用??梢?,切削力作用形式的差異也給兩側(cè)的表面質(zhì)量帶來(lái)不同的影響。
根據(jù)上述計(jì)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?jī)?yōu)于B側(cè),這與在實(shí)際加工中的觀察結(jié)果一致。
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