刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法
【專(zhuān)利摘要】刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，它涉及刀具切削時(shí)的差異性分析方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于刀具左右刃分層切削大螺距螺紋時(shí)，對(duì)于刀具左右刃切削過(guò)程中不能進(jìn)行差異性分析，造成車(chē)削過(guò)程不穩(wěn)定，切削的螺紋面一致性差的問(wèn)題。本發(fā)明包括設(shè)定刀具左右刃運(yùn)動(dòng)變量、幾何變量，根據(jù)幾何變量得到刀具的實(shí)際工作角度；建立基面及主剖面的刀工接觸關(guān)系幾何模型，確定切削層參數(shù)；建立左右刃切削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)切削層參數(shù)得到左右刃切削時(shí)刀具受到的進(jìn)給抗力與主切削力的關(guān)系、剪切角和刀具的切削合力。本發(fā)明的方法能夠揭示出左右刃切削時(shí)的具體差異性，為刀具切削刃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺紋左右面一致性的提高提供了依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及刀具切削時(shí)的差異性分析方法，具體涉及刀具左右切削刃分層切削差 異性分析方法，屬于刀具左右刃切削差異性分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大螺距螺桿作為大型壓力機(jī)調(diào)整組件，在壓力機(jī)中控制上模具與下模具間的平行 度及垂直度，對(duì)壓力機(jī)整機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度有著重要影響。大螺距螺紋螺距大、牙型槽寬 且深、軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)，加工精度和表面形貌要求高，螺紋表面的形成過(guò)程復(fù)雜且多變。大螺距 螺紋的車(chē)削加工，一般采用分層切削的方式，其軸向分層切削包括左刃車(chē)削和右刃車(chē)削兩 種方法，利用刀具左右切削刃分別形成螺桿左右螺紋面。為了消除左右刃切削的差異性，提 高左右螺紋面一致性，分析左右刃切削時(shí)的差異性具有重要意義。
[0003] 分層車(chē)削大螺距螺紋過(guò)程中，要想保證切削過(guò)程穩(wěn)定，其刀具與工件的幾何關(guān)系、 運(yùn)動(dòng)關(guān)系及力學(xué)關(guān)系均要保持穩(wěn)定;保證加工后的左右螺紋面一致性高，因此，構(gòu)建左右刃 切削大螺距螺紋的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)接觸關(guān)系模型及力學(xué)關(guān)系模型對(duì)保證切削過(guò)程穩(wěn)定及左右 螺紋面高一致性具有重要意義。
[0004] 已有的切削方法在采用對(duì)稱(chēng)式刀具時(shí)，認(rèn)為左右刃刀具工作角度和切削參數(shù)是相 同的，沒(méi)有考慮螺旋升角對(duì)工作角度及刀工接觸關(guān)系的影響，該方法僅能解決切削干涉問(wèn) 題，工藝設(shè)計(jì)方法和刀具設(shè)計(jì)上存在缺陷。實(shí)際加工中，左右刃切削時(shí)的刀工接觸關(guān)系是截 然不同的，即切削刃與已加工表面的接觸關(guān)系、切削原理性存在差別，使得螺紋加工表面質(zhì) 量存在差異性，因而，研究左右刃切削時(shí)包含運(yùn)動(dòng)學(xué)的刀具與工件幾何接觸關(guān)系及力學(xué)關(guān) 系差異性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于刀具左右刃分層切削大螺距螺紋時(shí)，對(duì)于 刀具左右刃切削過(guò)程中不能進(jìn)行差異性分析，造成車(chē)削過(guò)程不穩(wěn)定，切削的螺紋面一致性 差的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一、設(shè)定刀具左右刃運(yùn)動(dòng)變量、幾何變量，根據(jù)幾何變量得到刀具的實(shí)際工作 角度；
[0008] 步驟二、建立基面及主剖面的刀工接觸關(guān)系幾何模型，確定切削層參數(shù)；
[0009] 步驟三、建立左右刃切削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)切削層參數(shù)得到左右人切削時(shí) 刀具受到的進(jìn)給抗力與主切削力的關(guān)系、剪切角和刀具的切削合力。
[0010] 所述刀具的實(shí)際工作角度包括進(jìn)給剖面內(nèi)工作角度和主剖面內(nèi)工作角度，進(jìn)給剖 面內(nèi)工作角度包括左、右刃進(jìn)給剖面前角γ〇ι+λ、γ〇2 -λ，左、右刃進(jìn)給剖面后角 主剖面內(nèi)工作角度包括左、右刃主剖面前角y〇i+arctan(tanA · sinKrl)、yQ1-arctan(tan 入*8；[111<：]：2)，左、右刃主剖面后角€[01-&1'(^11(七&11入*8；[111<： 11)、€[01+&1'(^11(七&11入*8；[111<：]：2)，其 中γοι為刀具左刃前角，γ〇2為刀具右刃前角，atn為刀具左刃后角，α〇2為刀具右刃后角，λ為 試件的螺旋升角，1^為左刃切削時(shí)刀具的主偏角，Kr2為右刃切削時(shí)刀具的主偏角。
[0011] 所述切削層參數(shù)表征如下所示：
[0012] 左刃切削時(shí)：bDi = aPi/sinkYi;hDi= Δ h · sinkyi;
[0013] 右刃切削時(shí)：bD2 = aP2/sinkY2;hD2= Δ f2 · sink：Y2;
[0014] 因此，切削面積為：
[0015] 左刃切削時(shí):AD1 = bDi · hDi = (aPi/sink：Yi) · ( Δ h · sink：Yi)=aPi · Δ f1;
[0016] 右刃切削時(shí):AD2 = bD2 · hD2 = (aP2/sink：Y2) · ( Δ f2 · sink：Y2)=aP2 · A f2;
[0017] 式中，bD1為刀具左刃切削時(shí)的切削層寬度，bD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層寬度， hD1為刀具左刃切削時(shí)的切削層厚度，hD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層厚度；△ h為左刃切削 時(shí)刀具的軸向單次加工余量，△ f2為右刃切削時(shí)刀具的軸向單次加工余量，ap2和ap2分別為 左右刃切削的徑向切深。
[0018]所述剪切角的關(guān)系滿(mǎn)足：
[0021]式中：Φ!、傘2分別為為左右刃切削時(shí)剪切角，hchl、hch2分別為左右刃切削時(shí)的切肩 厚度，Ahc;1S左刃切削變形系數(shù)，Ahc;2S右刃切削變形系數(shù)。
[0022]所述左右刃切削時(shí)刀具進(jìn)給抗力和主切削力之間的力學(xué)關(guān)系的確定方法包括:通 過(guò)所述左右刃切削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)摩擦角與刀具工作角度的關(guān)系，得到左右刃切 削時(shí)刀具進(jìn)給抗力和主切削力之間的力學(xué)關(guān)系滿(mǎn)足下式：
[0025]式中：Fc^Fu分別為左右刃切削時(shí)刀具的主切削力，F(xiàn)fl、Ff分別為左右刃切削時(shí)刀 具的進(jìn)給抗力，F(xiàn)el、Fe2為切削運(yùn)動(dòng)方向的切削分力，F(xiàn)eN1、F eN2為和切削運(yùn)動(dòng)方向垂直的分 力，β?、β2為左右刃切削時(shí)摩擦角。
[0026]所述切削合力的確定方法包括:通過(guò)所述左右刃切削過(guò)程中的受力模型，利用切 削層參數(shù)、剪切角及刀具工作角度間的關(guān)系得到切削合力：
[0029]式中，τ表示剪切面上的剪切應(yīng)力。
[0030]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:本發(fā)明提供一種大螺距螺紋左右刃切削的 刀工接觸關(guān)系及剪切變形、切削力的計(jì)算方法，采用該方法能夠揭示出左右刃切削時(shí)的具 體差異性，可用于描述車(chē)削大螺距螺紋過(guò)程中左右刃切削時(shí)的刀工接觸狀態(tài)，評(píng)定左右切 削刃結(jié)構(gòu)和刀具磨損狀態(tài)不同所導(dǎo)致的刀工接觸關(guān)系的差異性。適用于揭示刀具剪切變形 與受力的變化狀態(tài)，為刀具切削刃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和螺紋左右面一致性的提高提供了依據(jù)。
[0031] 由于切削時(shí)左右刃刀工接觸關(guān)系與受力的不同將導(dǎo)致左右螺紋面的切削過(guò)程存 在差異，直接導(dǎo)致加工表面質(zhì)量截然不同。已有的車(chē)削螺紋方法采用左右刃對(duì)稱(chēng)式刀具切 削時(shí)，主要關(guān)注解決切削干涉問(wèn)題，沒(méi)有考慮螺旋升角對(duì)工作角度及整個(gè)刀工接觸關(guān)系的 影響，左右刃刀具工作角度和切削參數(shù)是相同的。上述方法由于缺乏刀具左右切削刃分層 切削差異性的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法的支持，無(wú)法對(duì)左右刃受力進(jìn)行定量描述，刀具設(shè)計(jì)上 存在缺陷，工藝設(shè)計(jì)上缺乏理論支持，無(wú)法保證獲得高品質(zhì)高質(zhì)量的大螺距螺紋。
[0032] 本項(xiàng)發(fā)明通過(guò)建立左右刃切削過(guò)程中基于幾何關(guān)系的刀工接觸關(guān)系模型，對(duì)左右 刃切削時(shí)的切削層參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，分別獲得影響因素。根據(jù)切削過(guò)程中刀具與工件的 空間位置和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，依據(jù)左右刃切削時(shí)的受力來(lái)源不同，建立工件發(fā)生剪切變形時(shí)刀具 前刀面的受力模型，獲得左右刃切削時(shí)刀具的受力情況以及切削力和角度的計(jì)算公式。通 過(guò)切削大螺距螺紋實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)切削過(guò)程中左右刃切肩形態(tài)差異性、刀具左右刃磨損差 異性及左右螺紋面的加工表面形貌的測(cè)試，為刀具切削刃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和提高螺紋左右面加工 質(zhì)量一致性提供了依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1基面內(nèi)左右刃切削對(duì)比圖；
[0034] 圖2進(jìn)給剖面內(nèi)左右刃切削對(duì)比圖；
[0035] 圖3切削層參數(shù)表征圖；
[0036] 圖4切削過(guò)程中刀具前刀面上抗剪切變形的受力示意圖，圖4(a)為左刃切削過(guò)程 中刀具前刀面上抗剪切變形的受力示意圖，圖4(b)為為右刃切削過(guò)程中刀具前刀面上抗剪 切變形的受力示意圖；
[0037]圖5切削過(guò)程中刀具受力圖，圖5(a)為左刃切削過(guò)程中刀具受力圖，圖5(b)為右刃 切削過(guò)程中刀具受力圖；
[0038]圖6刀具幾何結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖7不同切削過(guò)程中刀具切肩形態(tài)圖，圖7(a)為左刃切削前期過(guò)程中刀具切肩形 態(tài)圖，圖7(b)為左刃切削后期過(guò)程中刀具切肩形態(tài)圖，圖7(c)為右刃切削前期過(guò)程中刀具 切肩形態(tài)圖，圖7d為右刃切削后期過(guò)程中刀具切肩形態(tài)圖；
[0040] 圖8刀具左右刃各切削5次，切削行程為43989mm時(shí)，刀具前刀面磨損狀態(tài)圖，圖8 (a)左刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖，圖8(b)為右刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖；
[0041] 圖9刀具左右刃各切削5次，切削行程為43989mm時(shí)，刀具后刀面磨損狀態(tài)圖，圖9 (a)左刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖，圖9(b)為右刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖； [0042]圖10刀具左右刃各切削30次，切削行程為263934mm時(shí)，刀具前刀面磨損狀態(tài)，圖10 (a)左刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖，圖10(b)為右刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖； [0043]圖11刀具左右刃各切削30次，切削行程為263934mm時(shí)，刀具后刀面磨損狀態(tài)，圖11 (a)左刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖，圖11(b)為右刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖；
[0044]圖12刀具左右刃各切削5次，切削行程為439890mm時(shí)，刀具前刀面磨損狀態(tài)圖，圖 12(a)左刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖，圖12(b)為右刃切削時(shí)刀具前刀面磨損狀態(tài)圖； [0045]圖13刀具左右刃各切削5次，切削行程為439890mm時(shí)，刀具后刀面磨損狀態(tài)圖，圖 13(a)左刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖，圖13(b)為右刃切削時(shí)刀具后刀面磨損狀態(tài)圖； [0046]圖14左右表面粗糙度對(duì)比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]結(jié)合【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的刀具左右切削刃分層切削差異性 分析方法，具體包括：
[0048]步驟一、設(shè)定大螺距螺紋車(chē)削過(guò)程中刀具運(yùn)動(dòng)變量和幾何變量，根據(jù)幾何變量得 到刀具的實(shí)際工作角度；；
[0049] 大螺距螺紋左右刃切削時(shí)，由于刀具的工作角度不同于標(biāo)注角度，導(dǎo)致刀具左右 刃受到的總切削力以及切削行程不相同，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致左右刃加工結(jié)果不一致。初始切削時(shí)， 刀具左右刃切削的運(yùn)動(dòng)參數(shù)變量如表1所示：
[0050] 表1刀具左右刃切削運(yùn)動(dòng)關(guān)系基本變量
[0052]表1中各運(yùn)動(dòng)變量求解方程為：
[0054] 初始切削時(shí)，刀具左右刃切削的幾何參數(shù)變量如表2所示：
[0055] 表2刀具左右刃切削幾何關(guān)系基本變量
[0056]
[0058]表2中各變量在左右刃切削時(shí)的關(guān)系為：
[0060] 在切削過(guò)程中，刀具的工作角度不同，會(huì)使得切削過(guò)程中刀具的受力和變形發(fā)生 改變，其切削過(guò)程中，刀具的實(shí)際工作角度如表3所示：
[0061] 表3刀具的實(shí)際工作前角、后角
[0062]
[0063] 由表3可知，若刀具采取的是對(duì)稱(chēng)式成型車(chē)刀，左刃切削時(shí)的實(shí)際工作前角比右刃 切削時(shí)的大，因此，左刃切削時(shí)，切削層的變形及前刀面受到的切肩摩擦阻力小，切削溫度 低，左刃切削時(shí)刀具受到的主切削力小。
[0064] 步驟二、建立大螺距螺紋車(chē)削過(guò)程中左右切削刀工接觸關(guān)系幾何模型，確定切削 層參數(shù)；
[0065]討論大螺距螺紋軸向分層車(chē)削過(guò)程中，左右刃切削時(shí)的具體差異，主要對(duì)比切削 過(guò)程中，在基面及主剖面的刀工接觸關(guān)系，如圖1~2所示：
[0066] 圖1中：η為工件轉(zhuǎn)速，vf為刀具軸向進(jìn)給速度，Krl為左刃切削時(shí)的刀具主偏角，Kr2 為右刃切削時(shí)刀具的主偏角;d為要加工螺桿的外徑，山為中徑，cU為小徑;aP為徑向切深;P 為螺桿螺距，εΥ與εΥ分別為刀具左右刃的牙型半角，分別為刀具左右刃的刀尖圓 弧半徑;a、c兩點(diǎn)分別代表刀具左刃刀尖點(diǎn)與右刃刀尖點(diǎn)，b、d兩點(diǎn)分別代表左右刃切削時(shí) 刀具與工件中徑處的接觸點(diǎn)。
[0067] 圖2中：vc為刀具主運(yùn)動(dòng)速度，與vf構(gòu)成相互垂直的笛卡爾坐標(biāo)系；γ()1為刀具左刃 前角，γ 02為刀具右刃前角，atn為刀具左刃后角，α〇2為刀具右刃后角，λ為試件的螺旋升角， PiS左切削刃刃口半徑，Ρ2為右切削刃刃口半徑。
[0068]切削初始時(shí)左右刃切削時(shí)的切削層參數(shù)表征，如圖3所示：
[0069]圖3中，bD1為刀具左刃切削時(shí)的切削層寬度，bD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層寬度， hD1為刀具左刃切削時(shí)的切削層厚度，hD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層厚度；△ h為左刃切削 時(shí)刀具的軸向單次加工余量，△ f2為右刃切削時(shí)刀具的軸向單次加工余量。
[0070] 初始時(shí)，切削層參數(shù)表征如下所示：
[0071] 左刃切削時(shí)：bDi = aPi/sinkYi;hDi= A 負(fù)· sinkYi;hDa = hDb
[0072] 右刃切削時(shí)：bD2 = aP2/sinkY2;hD2= A f2 · sinkY2;hDc = hDd
[0073] 因此，切削面積為：
[0074] 左刃切削時(shí)：AD1 = bDi · hDi = (api/sinkyi) · ( Δ h · sinkyi) =aPi · Δ h
[0075] 右刃切削時(shí)：AD2 = bD2 · hD2 = (aP2/sink：Y2) · ( A f2 · sink：Y2) =aP2 · A f2
[0076] 左右刃切削時(shí)的差異性主要在于：切削過(guò)程中刀具的工作角度不同、切削層參數(shù) 的不同、切削力的作用方向不同。因此，當(dāng)不考慮工作角度，左右刃進(jìn)行切削時(shí)，若刀具采用 對(duì)稱(chēng)式成型車(chē)刀，切削過(guò)程采用相同切削參數(shù)，即采用相同的工藝時(shí)，則可以保證左右刃切 削時(shí)的切削層面積一致。但是由于左右刃切削時(shí)，刀具的工作角度不同，導(dǎo)致刀具左右刃受 到的總切削力以及切削行程不相同，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致左右刃加工結(jié)果不一致。因此，除了刀工接 觸關(guān)系及切削層的對(duì)比分析，要進(jìn)一步比較左右刃切削時(shí)刀具的受力狀態(tài)。
[0077]步驟三、建立左右刃切削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)切削層參數(shù)得到左右人切削時(shí) 刀具受到的進(jìn)給抗力與主切削力的關(guān)系、剪切角和刀具的切削合力。
[0078]在大螺距螺紋車(chē)削過(guò)程中，由于左右刃切削時(shí)刀具的工作角度不同，如表3所示， 工件發(fā)生剪切變形時(shí)，刀具的受力也不相同，如圖4所示，為工件發(fā)生剪切變形產(chǎn)生切肩時(shí) 刀具的受力分析圖。
[0079] 圖中，F(xiàn)c^Fu分別為左右刃切削時(shí)刀具的主切削力，F(xiàn)fl、Ff^別為左右刃切削時(shí)刀 具的進(jìn)給抗力，F(xiàn) el、Fe2為切削運(yùn)動(dòng)方向的切削分力，F(xiàn)eN1、FeN2為和切削運(yùn)動(dòng)方向垂直的分 力，F(xiàn) y1、Fy2分別為左右刃切削時(shí)刀具前刀面的摩擦力，F(xiàn)yN1、FyN2分別為左右刃切削時(shí)的摩 擦力法向力，F(xiàn) Shl、FSh2分別為左右刃切削時(shí)的剪切力，F(xiàn)shN1、FShN2分別為左右刃切削時(shí)的剪切 力法向力;如、如為左右刃切削時(shí)剪切角，扮、此為左右刃切削時(shí)摩擦角；y Q1、aQ1為刀具左刃 的標(biāo)注前角、后角，γ〇2、α〇2為刀具右刃的標(biāo)注前角、后角；y Qle、aQleS左刃切削時(shí)刀具的工 作前角、工作后角，y〇2e、a Q2eS右刃切削時(shí)刀具的工作前角、工作后角;分別為左右 刃切削時(shí)的切肩厚度。
[0080] 螺紋切削過(guò)程中，由于工件發(fā)生剪切變形變?yōu)榍屑?，因此，切肩作用在刀具上的?有:作用在前刀面上的法向力Fyn和摩擦力F Y，在剪切面上也受到一個(gè)法向力FshN和剪切力 Fsh，兩對(duì)力的合力互相平衡;其中，F(xiàn)yn和FY的合力稱(chēng)為切肩形成力;Φ是剪切角，β是F yn和F 的夾角，即為摩擦角，除此之外，刀具還受到工件已加工表面對(duì)刀具后刀面的進(jìn)給抗力Ff， 方向和切削運(yùn)動(dòng)方向垂直。
[00811 令切削層的截面積(AD = hD · bD)
[0082] As表示剪切面的截面積;τ表示剪切面上的剪切應(yīng)力;則：
[0099]由上述分析可知，切削過(guò)程中，當(dāng)?shù)毒卟捎脤?duì)稱(chēng)式成型車(chē)刀時(shí)，左刃切削時(shí)刀具受 到的進(jìn)給抗力與主切削力的比值小于右刃切削時(shí)兩者的比值。由上述對(duì)切削層參數(shù)的分析 可知，當(dāng)左右刃切削采用相同的工藝時(shí)，左右刃切削刀具受到的主切削力的大小相同，因 此，左刃切削時(shí)刀具受到的進(jìn)給抗力比右刃切削時(shí)的小。
[0100]大螺距螺紋車(chē)削過(guò)程中左右刃切削方式力學(xué)分析；
[0101] 由于刀具左右刃的工作角度與剪切變形不同，大螺距螺紋車(chē)削刀具左右刃受力情 況也不相同，其受力分析如圖5所示：
[0102] 圖中，Vf為刀具軸向進(jìn)給速度，Vcl為刀具左刃切削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度，Vc2為刀具右刃切 削時(shí)主運(yùn)動(dòng)速度，為刀具合成運(yùn)動(dòng)速度。
[0103] 獲得左右刃切削時(shí)刀具的切削合力；
[0106] 圖5為左右刃切削時(shí)刀具的受力狀態(tài)，已知，切削力的來(lái)源有兩個(gè)方面:一是切削 層金屬、切肩和工件表面層金屬的彈性變形、塑性變形所產(chǎn)生的抗力；二是刀具與切肩、工 件表面間的摩擦阻力。使用成型車(chē)刀車(chē)削大螺距螺紋時(shí)，左刃車(chē)削和右刃車(chē)削時(shí)刀具的受 力狀態(tài)是不同的，主要體現(xiàn)在進(jìn)給抗力和摩擦力上。切削時(shí)，有法向力F yN和FaN分別作用與 前、后刀面。由于切肩沿前刀面流出，故有摩擦力FY作用于前刀面；刀具與工件間有相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，又有Fee作用于后刀面。F YN和FY合成為FY,YN;FccN與Fee合成為F a,ccN;FY,YN與FccN再合成為為F， F就是作用在刀具上的總切削力。
[0107] 由上述分析知，車(chē)削大螺距螺紋時(shí)刀具左刃要比右刃受力小，主要是由于當(dāng)?shù)毒?刃磨前角小于螺旋升角時(shí)，刀具切削左螺紋面時(shí)呈正前角切削，而刀具切削右螺紋面時(shí)呈 負(fù)前角切削，因而右刃切削時(shí)受到的切削力大于左刃切削時(shí)刀具受到的切削力。
[0108]本實(shí)施方式大螺距螺紋左右刃分層車(chē)削差異性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：
[0109] 依據(jù)軸向分層切削大螺距螺紋的方法，采用左右切削刃對(duì)稱(chēng)式結(jié)構(gòu)刀具和相同進(jìn) 給速度下等余量切削左右螺紋面的工藝方案，在CA6140車(chē)床上以轉(zhuǎn)速lOrpm，單次軸向加工 余量0.05mm，進(jìn)行車(chē)削大螺距螺紋刀具左右刃切削對(duì)比實(shí)驗(yàn)；
[0110] 試件材料為調(diào)質(zhì)35CrMo，結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示；實(shí)驗(yàn)刀具如圖所示；該刀具材料為 W18Cr4V，刀具幾何角度如表所示； 表4刀具幾何角度
[0112]
[0113]實(shí)驗(yàn)中，收集并測(cè)量左右刃相同切削行程下的切肩，用以對(duì)比左右刃切削變形的 差異性；分別在切削行程為43989mm、263934mm和439890mm時(shí)取下刀頭，利用VHX-1000超景 深三維顯微系統(tǒng)檢測(cè)刀具前、后刀面磨損形貌并測(cè)量切削刃圓弧半徑及后刀面磨損量，以 測(cè)試后刀面摩擦磨損的位置與受力的差異性;加工結(jié)束后檢測(cè)螺桿螺紋左右面表面形貌及 粗糙度值，用以測(cè)試左右加工表面形成上的差異性。
[0114] 等行程下左右刃切削時(shí)的切肩形態(tài)
[0115] 相同切削行程下，刀具左右刃切削后產(chǎn)生的切肩形態(tài)如圖7所示；
[0116] 切肩變形主要反映了左右刃切削時(shí)刀具前刀面切削變形與受力的差異性。由圖7 可知，在相同的切削行程下，刀具左右刃切削時(shí)產(chǎn)生的切肩形態(tài)大致相同，其卷曲程度及表 面光滑程度相差明顯，左刃切削產(chǎn)生的切肩好于右刃切削，因此可以說(shuō)明右刃切削時(shí)刀具 受力大，對(duì)切肩的擠壓作用較左刃切削時(shí)大。
[0117] 不同切削行程下的刀具左右刃磨損狀態(tài)
[0118] 刀具左右刃各切削5次，切削行程為43989mm時(shí)，刀具左右刃前后刀面磨損如圖8、 圖9所示；
[0119] 刀具左右刃各切削30次，切削行程為263934mm時(shí)，刀具左右刃前后刀面磨損如圖 10、圖11所示；
[0120] 刀具左右刃各切削5次，切削行程為439890mm時(shí)，刀具左右刃前后刀面磨損如圖 12、圖13所示；
[0121] 刀具前刀面主要是由于切肩流出時(shí)產(chǎn)生摩擦和高溫高壓作用而形成的磨損。而左 右刃切削時(shí)主后刀面不斷與加工表面接觸，在接觸區(qū)發(fā)生摩擦，產(chǎn)生較高的接觸壓力和溫 度，從而造成主后刀面磨損。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，不同切削行程下刀具前后刀面左刃的磨損情 況均比右刃磨損情況嚴(yán)重，并且兩側(cè)磨損區(qū)域均較均勻，因此說(shuō)明左刃切削時(shí)刀具受到的 摩擦阻力比右刃大，且左刃刀具后刀面受到的進(jìn)給抗力比右刃切削時(shí)大。
[0122] 加工表面形貌實(shí)驗(yàn)結(jié)果：
[0123] 在已加工試件上取十個(gè)點(diǎn)，分別測(cè)量左右螺紋面的粗糙度值，其表面輪廓算術(shù)平 均偏差Ra對(duì)比曲線如圖14所示；
[0124] 左右螺紋面的加工表面形貌是切削過(guò)程綜合的結(jié)果，輪廓算數(shù)平均差Ra分布的不 同能夠測(cè)試左右加工表面形成上的差異性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，右側(cè)螺紋面的粗糙度參數(shù)明顯 好于左側(cè)螺紋面，說(shuō)明刀具工作后角a Q2e>a()le，且左刃后刀面與已加工表面摩擦較右刃后刀 面與已加工表面摩擦嚴(yán)重，是導(dǎo)致左側(cè)螺紋面粗糙度輪廓比右側(cè)螺紋面差的主要原因。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:包括以下步驟： 步驟一、設(shè)定刀具左右刃運(yùn)動(dòng)變量和幾何變量，根據(jù)幾何變量得到刀具的實(shí)際工作角 度； 步驟二、建立基面及主剖面的刀工接觸關(guān)系幾何模型，確定切削層參數(shù)； 步驟三、建立左右刃切削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)切削層參數(shù)得到左右人切削時(shí)刀具 受到的進(jìn)給抗力與主切削力的關(guān)系、剪切角和刀具的切削合力。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:所述刀 具的實(shí)際工作角度包括進(jìn)給剖面內(nèi)工作角度和主剖面內(nèi)工作角度，進(jìn)給剖面內(nèi)工作角度包 括左、右刃進(jìn)給剖面前角y οι+λ、γ〇2-λ，左、右刃進(jìn)給剖面后角α〇2-λ、α(η+λ;主剖面內(nèi)工作角 度包括左、右刃主剖面前角 γ oi+arctan(tanX · sinKrl)、γ 〇i_arctan(tanX · sinKr2)，左、 右刃主剖面后角a〇i-a;rctan(tanX · sinKrl)、a(n+a;rctan(tanA · sinKr2)，其中 γ〇ι為刀具左 刃前角，γ Q2為刀具右刃前角，atn為刀具左刃后角，α〇2為刀具右刃后角，λ為試件的螺旋升 角，1^為左刃切削時(shí)刀具的主偏角，K r2為右刃切削時(shí)刀具的主偏角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:所述切 削層參數(shù)表征如下所示： 左刃切削時(shí)：bDi = aPi/sinkYi;hDi= Δ 負(fù)· sinkyi; 右刃切削時(shí)：bD2 = aP2/sinkY2;hD2= Δ f2 · sinkw; 因此，切削面積為： 左刃切削時(shí)：ADi = bDi · hDi=(aPi/sinkYi) · ( · sinkYi)=aPi · Af1; 右刃切削時(shí):AD2 = bD2 · hD2=(aP2/sinkY2) · ( Af2 · sinkY2)=aP2 · Af2; 式中，bD1為刀具左刃切削時(shí)的切削層寬度，bD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層寬度，hDA 刀具左刃切削時(shí)的切削層厚度，hD2為刀具右刃切削時(shí)的切削層厚度；△心為左刃切削時(shí)刀 具的軸向單次加工余量，A f2為右刃切削時(shí)刀具的軸向單次加工余量，apl和ap2分別為左右 刃切削的徑向切深。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:所述剪 切角的關(guān)系滿(mǎn)足：式中：(^、(^分別為為左右刃切削時(shí)剪切角，hc^hch：^別為左右刃切削時(shí)的切肩厚 度，Ahc;1S左刃切削變形系數(shù)，Ahc;2S右刃切削變形系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:所述左 右刃切削時(shí)刀具進(jìn)給抗力和主切削力之間的力學(xué)關(guān)系的確定方法包括:通過(guò)所述左右刃切 削過(guò)程中的受力模型，根據(jù)摩擦角與刀具工作角度的關(guān)系，得到左右刃切削時(shí)刀具進(jìn)給抗 力和主切削力之間的力學(xué)關(guān)系滿(mǎn)足下式： 左刃切削時(shí)： C;t tl右刃切削時(shí)式中：Fc^Fd分別為左右刃切削時(shí)刀具的主切削力，F(xiàn)fl、Ff2分別為左右刃切削時(shí)刀具的 進(jìn)給抗力，F(xiàn)cl、切削運(yùn)動(dòng)方向的切削分力，F(xiàn)eN1、FeN2為和切削運(yùn)動(dòng)方向垂直的分力，、 β2為左右刃切削時(shí)摩擦角。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述刀具左右切削刃分層切削差異性分析方法，其特征在于:所述切 削合力的確定方法包括:通過(guò)所述左右刃切削過(guò)程中的受力模型，利用切削層參數(shù)、剪切角 及刀具工作角度間的關(guān)系得到切削合力： 左刃切削時(shí)： -----π - - - \：nr 1 / νι / 右刃切削時(shí)：式中，τ表示剪切面上的剪切應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105868455SQ201610178056
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】姜彬, 趙嬌, 徐彤, 范航, 范一航
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)