高速銑削力的理論分析

高速銑削力的理論分析

1立銑刀刀具的切削力在快速研磨過程中常用的工具是立磨刀。在研磨過程中，主切面刀刀片的主切面和副切面同時(shí)參與切割。然而，高速磨加工采用了高速差入，因此每齒的進(jìn)給量越小，副切面的生長量越小。因此，通常忽視副切面的切削力，主要考慮主切面的切削力。立磨刀刀片的切割槽通常是帶有一定傾角的線性刀片，因此可以認(rèn)為是傾斜角的切削液。如圖1所示。由金屬切削理論可知:切削層的截面積(AD)等于切削寬度(bD)與切削厚度(hD)之積,即并且由圖2可知kr=90°因此以上各式中fz為每齒進(jìn)給量(mm/z);ap為切削深度(mm);kr為主偏角;Ψ為刀齒瞬時(shí)位置角.其中hD隨刀齒的轉(zhuǎn)動(dòng)變化.初始切入時(shí),ψ最小,為δ/2當(dāng)?shù)洱X轉(zhuǎn)到工件中線時(shí),ψ=0°,此時(shí)hD最大,hDmax=fz(7)剪切面上的切削合力為在主切削刃法剖面內(nèi)將刀具法剖面上的力轉(zhuǎn)化到X、Y、Z坐標(biāo)系得到三方向的銑削分力.其中式中T為剪切面上的剪應(yīng)力;bD為切削寬度;hD為切削厚度;β為前刀面與切屑間的摩擦角;γ0為前角;φ為剪切角;λs為主切削刃刃傾角.由式(11)、式(12)、式(13)可知在一個(gè)刀齒參加切削的過程中,X、Y方向的分力隨著刀齒的瞬時(shí)位置角的變化而變化,而Z方向的分力變化較小2刀具角度對d根據(jù)材料力學(xué)試驗(yàn),真實(shí)剪應(yīng)力τ與應(yīng)變?chǔ)诺年P(guān)系即式中Ts為材料的剪切屈服強(qiáng)度;n為材料的強(qiáng)化系數(shù),n=tanξ.則由式(16)我們看到影響銑削力的因素有工件材料、刀具材料、刀具幾何角度、切削用量等.則由金屬切削原理可知其中,a,b為與工件材料和刀具角度密切相關(guān)的參數(shù);Λh為切削變形系數(shù).高速切削一個(gè)重要特點(diǎn)就是當(dāng)切削速度進(jìn)入高速區(qū)后(切削速度大于v0,對不同的工件材料來說,v0是不同的),材料切削變形系數(shù)變小,并且隨著切削速度的提高,切削變形系數(shù)有減小的趨勢.而由金屬切削理論可知切削變形系數(shù)通常都是大于1的數(shù),假設(shè)切削速度超過某一值時(shí),變形系數(shù)接近一個(gè)常數(shù)k,則由式(20)我們可以看出在高速切削時(shí),對指定的工件材料、刀具參數(shù)、切削深度以及切進(jìn)給量,切削速度大過某一值后,切削力并不是無限的減小,而且趨向于一個(gè)恒力.因此我們推想進(jìn)行高速切削時(shí),切削力隨著切削速度的提高逐漸減小,但最終不是無限的減小,切削力將趨向一個(gè)恒力.見圖3.3削深度2.0實(shí)驗(yàn)所采用的切削條件為:機(jī)床:數(shù)控XS6380;工件材料:鑄鋁合金ZL10.刀具:3齒圓柱直柄立銑刀,日本三菱公司生產(chǎn).刀具材料:涂層硬質(zhì)合金;刀片型號(hào):APMT1135PDER-H1;刀具直徑:20mm;切削用量:主軸轉(zhuǎn)速6000r/min,9000r/min,12000r/min,切削深度0.5mm,1.0mm;進(jìn)給量0.05mm/z,0.10mm/z,0.15mm/z,0.20mm/z,0.25mm/z.銑削過程中銑削力用YDX-Ⅲ9702三向壓電銑削測力儀測量.測力儀與電荷放大器相連,由數(shù)據(jù)采集卡讀入計(jì)算機(jī).如圖4所示.在實(shí)驗(yàn)中,刀具的側(cè)刃是主切削刃且刀具的直徑遠(yuǎn)大于工件的切削寬度,因此,可以保證在切削過程中,只有一個(gè)刀齒參加切削.見圖5.驗(yàn)證一:銑削時(shí)銑削三向分力隨銑刀刀齒轉(zhuǎn)角變化規(guī)律.圖6是切削參數(shù)為:vc=12.5m/s,f=0.05mm/z,αp=1.Omm時(shí)X、Y、Z的三向分力.由圖中我們可以看到在刀齒參加切削時(shí),X、Y向分力隨刀齒的瞬時(shí)位置角的變化呈周期性變化,而Z向分力變化較小,圖中反映出的Z向分力的變化可能是機(jī)床的激振.驗(yàn)證二:高速銑削時(shí)銑削力隨切削用量的變化規(guī)律.圖7是αp=0.5mm時(shí),X方向上的切削分力的最大值隨切削速度和進(jìn)給量的變化曲線圖.由圖7我們看到在高速銑削過程中銑削力隨切削速度的提高出現(xiàn)下降趨勢.4在壓力小的情況下,z方向的分力在高速和高速切削1)在一個(gè)刀齒參與切削的過程中,X、Y方向的分力隨著刀齒的瞬時(shí)位置角的變化而變化,而Z方向的分力變化較小.2)高速切削時(shí),對指定的工件材料、