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[刀具论文] 铣削加工中刀具的让刀现象分析

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2021-1-29 08:58:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    铣削加工中刀具的让刀现象分析
    毕德利
    中电科仪器仪表有限公司 山东青岛 266555
    摘 要:铣削加工过程中时常出现工件的实际尺寸上下不一致的让刀现象,当两个极限尺寸的差值大于工件尺寸公差时,工件不合格。通过对刀具进行受力分析,找出刀具产生让刀现象的原因以及影响因素,并调整改善。
    关键词:让刀现象;受力分析;切削力分解;悬臂梁

    [size=1em]金属切削加工过程中,为切除多余的金属,刀具和工件之间必须有相对运动,这种相对运动被称为切削运动,分为主运动和进给运动。切削用量是表示主运动及进给运动参数的数量,是切削速度vc、进给量f和背吃刀量ap三者的总称。

    [size=1em]铣削是刀具的旋转做主运动,工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。刀具在做旋转的主运动vc的过程中工件做进给运动f,实现刀具持续的切削工件材料。

    [size=1em]以常用的立铣刀为例,在铣削过程中如果假定刀具不动,则可以认为工件环绕刀具做圆周运动。在一个环绕周期内,两个切削刃各做一次切削过程,整个过程分为不切削阶段(该阶段不产生切削力)和切削阶段。如图1所示:

    cef473ae5a9b9075f1d000b18605dfb0.jpg
    [size=0.8em]图1 切削过程示意图

    [size=1em]切削阶段由于切削速度vc跟进给运动f方向不一致,可把vc分解为平行于f的vc1和垂直于f的vc2。在两个方向上刀具切削刃都进行金属切削,所以两个方向上都产生切削力。切削力F可分解为平行于f的Fcf和垂直于f的Fpc。如图2所示:

    c5851e954e28161c04a42d10085c9c50.jpg
    [size=0.8em]图2 铣削加工示意图

    [size=1em]铣削切削用量包括:切削速度Vc、进给速度f、背吃刀量ap、侧吃刀量ae。其中ap、ae和f对切削力影响较大,当ap、ae或f加大使切削层的公正截面面积增大,变形抗力和摩擦阻力增大,因而切削力Fp随之加大。实验证明,当其他条件一定时,ap或ae增大一倍时,Fp也增大一倍。f增加一倍时,Fp约增加70%~80%。Vc对Fp的影响呈波浪形。

    [size=1em]铣削加工时铣刀装夹在刀柄上并一起被固定在机床主轴上,可以简化为一端固定另一端自由的悬臂梁模型。便于计算,假设刀具受到的切削分力Fpc都集中在一点上。如图3所示:

    9dd1514a11b49b83e0f73b6cda0b2eca.jpg
    [size=0.8em]图3 铣刀悬臂梁模型示意图

    [size=1em]切削力作用点x的弯矩方程:M(x)=Fp(L-x)

    [size=1em]挠曲线近似微分方程: 02d6a93e12fb68bf2e4d3cb11c90289f.jpg 可得:EIy”=Fp(L-x)

    [size=1em]积分可得: c7334fb35434d4d6ffc51c8a5596cb7b.jpg

    [size=1em]因悬臂梁固定端挠度为零得:C=0 D=0

    [size=1em]得挠度方程: 9f3096a73d004eaeef3e203f7a0f3249.jpg

    [size=1em]当x=L时梁的自由端顶点处的挠度应为最大值。

    [size=1em]挠度最大值: 7ae8377e0e268e78b1a3fc3739d495ca.jpg

    [size=1em]圆柱截面对中性轴的惯性矩:

    e722af86df932a52e7624822c4530cd5.jpg

    [size=1em]由于圆形对任意直径轴都是对称的,可得:

    783737f0e55e55bbae05cb033bbf8226.jpg

    [size=1em]得任一轴方向上的挠度最大值:

    bf7e454e3df3060ba5d85f84685e8d33.jpg

    [size=1em]其中E为材料的弹性模量,其数值随材料的不同而异。L为刀具悬臂长度,d为刀具直径,Fpc为垂直于f方向的切削力分力。

    [size=1em]综上得出如下结论:

    [size=1em]刀具直径d和刀具悬臂长L对让刀量δ影响明显;切削力Fp对让刀量δ的影响为线性关系;减小让刀量的方法(按效果强弱排序):(1)改用大直径刀具;(2)减小刀具悬臂长度;(3)减小背吃刀量、减小侧吃刀量;(4)减小进给量;(5)根据切削速度对切削力的影响曲线改变切削速度。

    [size=1em]参考文献:

    [size=1em][1]中国机械工业教育协会组编.工程力学.北京:机械工业出版社,2008.

    [size=1em][2]田春霞主编.数控加工工艺.北京:机械工业出版社,2009.

    [size=1em][3]张晓东,王小玲主编.数控编程与加工技术.北京:机械工业出版社,2008.



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