測(cè)試刀具左右后刀面磨損差異性的實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種測(cè)試刀具左右后刀面磨損差異性的實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 已有的大螺距螺紋車(chē)削工藝及刀具，為了刀具定位和數(shù)控加工編程方便，通常采 用同一把刀具加工左右螺紋面，刀具采用左右切削刃對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，但由于在進(jìn)行左右分層 切削時(shí)刀具左右后刀面受力組成不同，導(dǎo)致刀具左后刀面的磨損狀況遠(yuǎn)比刀具右后刀面劇 烈；同時(shí)，在車(chē)削大螺距螺紋時(shí)，由于工件轉(zhuǎn)速慢、刀具磨損帶加長(zhǎng)、所受載荷加大，導(dǎo)致刀 具后刀面磨損帶的不均勻性大大增加，刀具左右切削刃后刀面磨損差異性進(jìn)一步增大；刀 具左右切削刃后刀面磨損差異性不僅直接決定刀具使用壽命，而且是影響加工表面質(zhì)量的 重要因素；
[0003] 已有的方法采用刀具后刀面平均磨損寬度或刀具后刀面寬度的最大值，評(píng)價(jià)刀具 使用壽命;這兩種方法在評(píng)價(jià)左右后刀面磨損差異性較大的刀具時(shí)，會(huì)獲得多個(gè)不同結(jié)果， 其主要原因在于未能全面揭示出刀具左右后刀面磨損狀況，獲得的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致刀具超期服 役或刀具浪費(fèi)等問(wèn)題，車(chē)削大螺距螺紋刀具磨損測(cè)試方法上存在不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有刀具后刀面磨損差異方法測(cè)的的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致刀具 超期使用或刀具浪費(fèi)的問(wèn)題，進(jìn)而提供測(cè)試刀具左右后刀面磨損差異性的實(shí)驗(yàn)方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案在于包括以下步驟：
[0006] 第一步、建立刀具左右切削刃受力模型；
[0007] 分別采用左切削刃和右切削刃，沿軸向分層切削的方法車(chē)削大螺距螺紋左右螺紋 面;利用左右切削刃的前、后刀面與螺紋面待加工表面、已加工表面的幾何和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建 立刀具左右切削刃的前、后刀面所受的摩擦力和正壓力與水平方向進(jìn)給力之間的平衡力 系，獲得左右切削刃水平方向所受合力公式；
[0008] 第二步、進(jìn)行左右后刀面磨損差異性識(shí)別；
[0009] 依據(jù)第一步獲得的左右切削刃水平方向所受合力公式和技術(shù)特征，進(jìn)行左、右切 削刃進(jìn)給方向與已加工表面法矢量的正反向識(shí)別，確定左、右后刀面所受正壓力和摩擦力 方向；利用左、右前刀面上的切肩運(yùn)動(dòng)方向不同，確定左、右前刀面所受摩擦力方向；依據(jù)上 述結(jié)果，區(qū)分刀具左、右切削刃與已加工表面摩擦接觸位置和受力的不同，識(shí)別出軸向分層 切削刀具左右后刀面磨損條件上的差別；
[0010] 第三步、設(shè)計(jì)車(chē)削刀具磨損測(cè)試方案，通過(guò)刀具切削實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)出刀具左右后刀面 磨損差異性；
[0011] 設(shè)計(jì)并制備兩把材料為W18Cr4V用于車(chē)削大螺距外螺紋的實(shí)驗(yàn)刀具，在干切和潤(rùn) 滑條件下，切削35CrMo試件；分別計(jì)算兩把刀具左、右切削刃的理論磨損長(zhǎng)度，并與實(shí)際測(cè) 量的左、右切削刃的磨損長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，利用刀具1和刀具2每次磨損測(cè)量獲得的后刀面磨 損狀態(tài)和磨損寬度，及其隨切削次數(shù)和切削行程變化上的不同，檢測(cè)每把刀具左右后刀面 磨損差異性
[0012]進(jìn)一步地，第一步中所述的左右切削刃水平方向所受合力公式為；
[0013]左切削刃水平方向所受合力為：
[0014] Fxi = Ffai ? sin9+Fai ?cos9-Fyi? sinyfi+Ffyi ? cos y fi (1)
[0015] 右切削刃水平方向所受合力為：
[0016] Fx2 = Ffa2 ? sin9-Fa2 ? COS0+Fy2 ? sinyf2-FfY2 ? COS y f2 (2)
[0017] 式中，0為螺紋的螺旋升角，F(xiàn)xl為左切削刃水平方向所受的合力，F(xiàn)Yl為左切削刃前 刀面所受壓力，F(xiàn) fYl為左切削刃前刀面所受的摩擦力，F(xiàn)al為左切削刃后刀面所受壓力，F(xiàn)fal 為左切削刃后刀面所受摩擦力，yfl為左切削刃在假定工作平面內(nèi)側(cè)前角，F(xiàn)x2為右切削刃 左切削刃水平方向所受的合力，F(xiàn)y2為左切削刃前刀面所受壓力，F(xiàn)fY2為右切削刃前刀面所 受的摩擦力，F(xiàn) a2為右切削刃后刀面所受壓力，F(xiàn)fa2為右切削刃后刀面所受摩擦力，yf2為右 切削刃在假定工作平面內(nèi)側(cè)前角。
[0018] 進(jìn)一步地，第三步所述的兩把用于車(chē)削大螺距外螺紋的實(shí)驗(yàn)刀具，該兩把刀具具 有不同刃口半徑和后角。
[0019] 進(jìn)一步地，第三步中所述的兩把材料為W18Cr4V用于車(chē)削大螺距外螺紋的實(shí)驗(yàn)刀 具，在干切和潤(rùn)滑條件下，切削35CrMo試件，兩次車(chē)削實(shí)驗(yàn)的試件均為螺距16mm的右旋螺 紋，頭數(shù)為1，牙型角為26°，螺旋升角為2° 36'，螺紋加工長(zhǎng)度為均為160mm，外徑120mm，內(nèi)徑 104mm〇
[0020] 進(jìn)一步地，第三步中所述的兩把用于車(chē)削大螺距外螺紋的實(shí)驗(yàn)刀具沿軸向單側(cè)逐 層切削的方式，保持刀具徑向切深與梯形外螺紋的槽深相一致，兩次實(shí)驗(yàn)的左、右分層車(chē)削 的進(jìn)給量為0.05mm、轉(zhuǎn)速為lOrpm;
[0021] 本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供了一種測(cè)試刀具左右后刀面磨損差異性的實(shí)驗(yàn) 方法;該方法利用建立的左右切削刃水平方向所受合力公式，揭示出刀具左、右切削刃與已 加工表面摩擦接觸位置和受力的不同，識(shí)別出軸向分層切削刀具左右后刀面磨損條件上的 差別，不僅大大減少了實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作量，節(jié)約工藝成本，而且為車(chē)削大螺距螺紋刀具和工藝 方案設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù);采用本發(fā)明提供的方法，檢測(cè)出刀具后角、刃口半徑和切削潤(rùn) 滑條件對(duì)刀具左右后刀面磨損差異性的影響，可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)出不同條件下刀具使用壽命，該 方法為高效、精確車(chē)削大螺距螺紋刀具和工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種有效的評(píng)價(jià)手段；
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為左切削刃受力分析圖；
[0023]圖2為右切削刃受力分析圖；
[0024] 圖3為實(shí)驗(yàn)用具有不同刃口半徑和后角的刀具結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖4為刀具1左后刀面磨損寬度隨切削行程的變化特性圖；
[0026] 圖5為刀具1右后刀面磨損寬度隨切削行程的變化特性圖；
[0027] 圖6為刀具1左后刀面中段磨損狀態(tài)圖（圖中a是行程14088mm下左后刀面中段磨損 狀態(tài)圖，b是行程49308mm下左后刀面中段磨損狀態(tài)圖）；
[0028] 圖7為刀具2左后刀面中段磨損狀態(tài)圖（圖中a是行程17610mm下左后刀面中段磨損 狀態(tài)圖，b是行程49308mm下左后刀面中段磨損狀態(tài)圖）；
[0029] 圖8為刀具1左后刀面磨損寬沿切削刃長(zhǎng)度方向的變化曲線圖；
[0030] 圖9為刀具2左后刀面磨損寬沿切削刃長(zhǎng)度方向的變化曲線圖；
[0031]圖10為刀具1右后刀面中段磨損狀態(tài)圖（圖中a是行程52830mm下右后刀面中段磨 損狀態(tài)圖，b是行程81006mm下右后刀面中段磨損狀態(tài)圖）；
[0032]圖11為刀具2右后刀面中段磨損狀態(tài)圖（圖中a是行程45786mm下右后刀面中段磨 損狀態(tài)圖，b是行程73962mm下右后刀面中段磨損狀態(tài)圖）；
[0033] 圖12為刀具1右后刀面磨損寬沿切削刃長(zhǎng)度方向的變化曲線圖；
[0034] 圖13為刀具2右后刀面磨損寬沿切削刃長(zhǎng)度方向的變化曲線圖；
[0035] 圖14為測(cè)試刀具左右后刀面磨損差異性的實(shí)驗(yàn)方法的步驟圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施實(shí)例1:左右切削刃受力模型構(gòu)建與實(shí)驗(yàn)刀具設(shè)計(jì)
[0037] (1)采用軸向分層切削方法加工大螺距螺紋過(guò)程中，左右切削刃前刀面上的切肩 運(yùn)動(dòng)方向不同，左切削刃進(jìn)給方向與已加工表面法矢量方向相反，右切削刃進(jìn)給方向與已 加工表面法矢量方向相同，導(dǎo)致其受力明顯不同，如圖1、圖2所示；
[0038]圖中：為切削速度，Vf為刀具軸向進(jìn)給速度，0為螺紋的螺旋升角，a c為切削厚度， V1為左切削刃相對(duì)于螺紋面的總移動(dòng)速度，F(xiàn)xl為左切削刃水平方向所受的合力，F(xiàn)Yl為左切 削刃前刀面所受壓力，F(xiàn) fYl為左切削刃前刀面所受的摩擦力，F(xiàn)al為左切削刃后刀面所受壓 力，F(xiàn)fal為左切削刃后刀面所受摩擦力，y fl為左切削刃在假定工作平面內(nèi)側(cè)前角，v2為右 切削刃相對(duì)于螺紋面的總移動(dòng)速度，F(xiàn) x2為右切削刃左切削刃水平方向所受的合力，F(xiàn)y2為左 切削刃前刀面所受壓力，F(xiàn)fY2為右切削刃前刀面所受的摩擦力，F(xiàn) a2為右切削刃后刀面所受 壓力，F(xiàn)fa2為右切削刃后刀面所受摩擦力，yf2為右切削刃在假定工作平面內(nèi)側(cè)前角。
[0039]由圖1、圖2,刀具左后刀面水平方向受力Fxl與右后刀面水平方向受力F x2明顯不 同；
[0040] 左切削刃水平方向所受合力為：
[0041] Fxi = Ffai.sin9+Fai ? cos9-FYi.sin y fi+Ffyi-cos y fi (1)
[0042]右切削刃水平方向所受合力為：
[0043] Fx2 = Ffa2 ? sin9-Fa2 ? COS0+Fy2 ? sinyf2-FfY2 ? COS y f2 (2)
[0044] 左右切削刃采用相同的名義前角時(shí)，受右旋螺旋升角影響，左切削刃為正前角切 肖IJ，其進(jìn)給方向與已加工表面法矢量在進(jìn)給方向的分量方向相反，切削刃與已加工表面接 觸位置處于左后刀面上；右刃為負(fù)前角切削，其進(jìn)給方向與已加工表面法矢量在進(jìn)給方向 的分量方向相同，切削刃與已加工表面接觸位置則處于右切削刃刃口圓弧處；刀具左右切 削刃與已加工表面摩擦接觸位置和受力明顯不同；
[0045] 該結(jié)果表明，車(chē)削右螺紋面時(shí)，刀具前刀面承受較大的摩擦力作用，后刀面承受的 摩擦力則較小，其后刀面磨損主要集中在靠近刀具刃口處；由此可