刀具刀尖圓弧半徑對(duì)切削過(guò)程中切削力的影響
2016-12-14 來(lái)源：中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：周敏
摘要：對(duì)于切削力的建模通常采取將切削刃邊界離散化的方法，然而在車(chē)削的最后階段，由于刀具的刀尖半徑圓弧較小，在正交切削試驗(yàn)中辨識(shí)局部切削力模型具有很大的局限性。本文采用一種新穎的試驗(yàn)配置來(lái)研究圓弧半徑，。對(duì)切削力的影響。在切削試驗(yàn)中考慮了刀具半徑，在圓柱外圓切削試驗(yàn)和端面切削試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將試驗(yàn)結(jié)果與反向辨識(shí)相比較，該方法能夠證實(shí)圓弧半徑rE對(duì)切削力有很大的影響。
關(guān)鍵詞：切削力；刀具幾何形狀；刀尖圓弧；車(chē)削
1.引言
在車(chē)削過(guò)程中對(duì)切削力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)能夠保證工件的加工質(zhì)量。在一定范圍內(nèi)，切削力建模需要仿真工件的變形和振動(dòng)，此外切削力建模還能夠?qū)⒓庸ぱb備劃分為阻尼系統(tǒng)，在較低的程度上，刀具施加在工件材料上的局部載荷可以用來(lái)估計(jì)表面完整性。為了提高切削力的預(yù)測(cè)精度，本文提出一種新的試驗(yàn)過(guò)程用于研究刀具圓弧半徑對(duì)局部切削力的影響。
刀具圓弧半徑rE是切削過(guò)程中實(shí)現(xiàn)理想性能的重要參數(shù)，已加工表面的粗糙度值受到圓弧半徑rE的顯著影響。對(duì)于給定的切削參數(shù)，增大刀具的圓弧半徑，可以減小切削的殘留高度并改變流屑方向，同時(shí)還能夠限制切屑對(duì)已加工表面的刮擦。切削力同樣也被影響，增加切削力使進(jìn)給力增大，可能會(huì)導(dǎo)致工件彎曲舊’8’111。目前已經(jīng)有一些專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)始研究圓弧半徑rE對(duì)動(dòng)態(tài)性能的顯著影響舊t4 J。通過(guò)圓弧半徑rE可以修正刀具磨損情況，主要通過(guò)改變未切削切屑厚度的局部分布來(lái)實(shí)現(xiàn)舊’5J，同理，已加工表面層的殘余應(yīng)力也可能受刀具幾何形狀的影響‘5，61。在工件幾何與表面完整性的切削力建模中，對(duì)于復(fù)雜的車(chē)削操作，切削刃離散化方法對(duì)于確定合力與分力很有效(見(jiàn)圖1)。
圖1 刀刃離散化原理
線性力由局部幾何參數(shù)表示，可以由正交試驗(yàn)來(lái)修正，可表示為
表1 不同圓弧半徑下的切削力模型系數(shù)
對(duì)于所辨識(shí)的模型，可用廠E估計(jì)對(duì)h的局部影響(見(jiàn)圖2)，曲線不是單調(diào)變化的?？梢?jiàn)，當(dāng)未切削切屑厚度大時(shí)，rε的影響比較顯著。然而此處的分析結(jié)論有所差別，因?yàn)樵趓ε=6mm和有直線刃口時(shí)，受力較大j原因是最大的刃口半徑和有效工件半徑。
圖2 不同n值下rE對(duì)力分量的影響
3.切削試驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證與結(jié)果討論
圖3不同的切削配置方式
圖4正交切削、傾角切削與逆辨識(shí)結(jié)果的對(duì)比
由圖4可見(jiàn)，增大圓弧半徑使切削力增大。力的大小及其趨勢(shì)在試驗(yàn)中都類(lèi)似，也證實(shí)了傾角切削方法的正確性，在正交切削中力變化較大，可以解釋為這種配置方式能夠獲得的未切削切屑厚度較小。
4 .結(jié)語(yǔ)
針對(duì)刀具半徑對(duì)工件表面粗糙度及殘余應(yīng)力的影響相關(guān)研究已經(jīng)很多，但對(duì)于切削力模型的相關(guān)研究尚不多見(jiàn)，本文采用一種新的切削配置方式來(lái)研究圓弧半徑對(duì)切削力的影響，通過(guò)逆辨識(shí)模型、正交切削以及傾角切削試驗(yàn)，并將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，來(lái)理解切削過(guò)程中的切屑變形和耕犁效應(yīng)，同時(shí)驗(yàn)證本文建立的切削力模型的正確性。
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