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考慮刀具偏擺的微銑削瞬時切削厚度的理論分析與研究

2016-10-24 來源：太原理工大學(xué) 美國太平洋大學(xué) 作者：蘇玉龍董志國軋剛劉建成

摘要：為避免用圓弧線來描述微銑刀刀尖運動軌跡帶來的誤差，更精確地實現(xiàn)微銑削加工過程的模擬，引入刀尖運動的真實軌跡即次擺線，同時考慮微銑削加工過程中刀具偏擺的影響，通過數(shù)學(xué)的方法，建立一種新的瞬時切削厚度理論計算模型。研究刀具在旋轉(zhuǎn)過程中，刀具偏擺和每齒進給量對微銑削瞬時切削厚度的影響。通過將幾種切削厚度模型進行對比分析，考慮刀具偏擺的切削厚度模型更加接近真實情況。

關(guān)鍵詞：瞬時切削厚度；次擺線；刀具偏擺；每齒進給量

0. 引言

近年來，微切削以其獨特的優(yōu)勢在各行各業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。在大多數(shù)微切削研究中，都將微切削刀具刀尖軌跡簡化為圓，此時的瞬時切削厚度t。一^sin0，此模型在刀具每齒進給量與銑刀直徑之比很小的常規(guī)切削中可以得到較好的結(jié)果。但在實際加工過程中，刀尖的軌跡為次擺線，而且在微切削中，刀具偏擺量YO與刀具半徑r的比值率(ro／r)比常規(guī)切削大的多，刀具偏擺對微切削的瞬時切削厚度的影響較大。因此為了得到更加精確的瞬時切削厚度，需要將刀具偏擺考慮在內(nèi)，來研究微切削刀尖運動軌跡。

對于常規(guī)切削的瞬時切削厚度的起步較早，研究成果較多，然而對于微切削的研究，國內(nèi)外學(xué)者正處探索階段。張棉好[1]在微銑削切削厚度模型中考慮刀具轉(zhuǎn)動和移動的影響因素，利用幾何的方法推導(dǎo)出微切削厚度的理論模型，但其模型未考慮刀具偏擺的影響。許鴻利[2]、I．S．Kanga[3]、Hye—Ri Gye[41等人通過將微銑削刀尖的軌跡簡化為圓，計算出瞬時切削厚度，進而研究微切削力。Bao[51和趙巖[61認(rèn)為微銑削刀具軌跡是一種次擺線曲線，建立刀尖軌跡的運動方程，推導(dǎo)出微銑削瞬時切削厚度的公式，但未考慮刀具偏擺的影響。Chengfeng Li[71考慮微銑削過程中刀具偏擺的影響，建立了瞬時切削厚度模型，但其推導(dǎo)過程較為復(fù)雜，出現(xiàn)超越方程，最后給出了瞬時切削厚度的一個近似的模型。上述文獻在計算微切削的瞬時切削厚度時，均未能準(zhǔn)確地將刀具偏擺考慮在內(nèi)。

刀具偏擺是指刀具及主軸部件的制造誤差、裝夾誤差造成刀具軸線和主軸理想回轉(zhuǎn)軸線之間漂移和偏心，以及具體加工工藝、工裝等都可能產(chǎn)生數(shù)控銑床刀具在加工中的徑向跳動。本文研究的刀具偏擺的大小主要取決于主軸和刀柄的制造和安裝的誤差。

1. 考慮刀擺的瞬時切削厚度

1．1微銑削刀尖運動軌跡

瞬時切削厚度是研究微銑削力的一個重要參數(shù)。本文采用的是日進MSE230M帶涂層兩齒端銑刀，直徑為100pm，利用儀器Digital Microscope VHX一2000E測得切削刃的長度為198pm，螺旋角為26．97。切削刃圓弧半徑為10．5 μm，微銑刀如圖1[8]所示。銑削加工刀齒軌跡為旋轉(zhuǎn)與進給運動的合成，是一種次擺線曲線，根據(jù)圖l可以看出加工表面的刀具軌跡。

圖1微銑刀及微槽加工底面刀具軌跡圖

常規(guī)切削中，由于刀具偏擺對切削厚度的影響不大，通常忽略刀具偏擺的影響，即銑刀刀尖的運動是由刀具的平動、繞自身軸線轉(zhuǎn)動兩個運動合成。而微細(xì)加工中，刀具偏擺量ro與刀具半徑，．的比值率(to／r)比常規(guī)切削大的多，對微銑削的瞬時切削厚度的影響較大，刀具偏擺的影響不能忽略。微銑削中銑刀刀尖運動軌跡是由刀具的平動、繞主軸轉(zhuǎn)動和擺動三部分運動合成的。建立如圖2所示的坐標(biāo)系，繪制出考慮刀具偏擺的微銑刀刀刃路徑圖。