高速銑削中的幾何因素對(duì)加工表面粗糙度影響與實(shí)驗(yàn)

高廣進(jìn)

(天津城市職業(yè)學(xué)院,天津市 300000)

高速銑削中的幾何因素對(duì)加工表面粗糙度影響與實(shí)驗(yàn)

高廣進(jìn)

(天津城市職業(yè)學(xué)院,天津市 300000)

在高速銑削中由球頭銑刀的幾何因素致使加工表面殘留高度發(fā)生相應(yīng)改變,而其影響因素是多方面的,通過(guò)對(duì)鋁合金試件的表面粗糙度實(shí)驗(yàn)分析出不同幾何因素對(duì)加工表面質(zhì)量的影響程度。

高速銑削;殘留高度;表面粗糙度

高速切削這項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)在美、德、法、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用,已成為提高加工效率和加工質(zhì)量、降低成本的主要途徑。二十世紀(jì)末,在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)高速切削加工技術(shù)被大量引進(jìn)和開(kāi)發(fā)。由于高速切削加工在提高加工效率的同時(shí)可以提高加工質(zhì)量,使零件獲得較高的表面質(zhì)量,所以高速切削加工技術(shù)在企業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。

一、高速銑削加工表面殘留高度對(duì)表面粗糙度的影響

表面粗糙度是指加工表面上具有較小間距和峰谷所組成的微觀(guān)幾何形狀特性,它主要是由于切削過(guò)程中工件加工表面上刀具的痕跡、刀具和零件表面之間的摩擦、切屑分離時(shí)的塑性變形和金屬撕裂,工藝系統(tǒng)中存在的高頻振動(dòng)等原因形成的。表面粗糙度是評(píng)價(jià)工件表面質(zhì)量的最主要參數(shù),是反映零件表面上微觀(guān)幾何形狀誤差的一個(gè)重要指標(biāo)。表面粗糙度值的大小不僅對(duì)零件的耐磨性、耐蝕性、疲勞強(qiáng)度等有很大影響,而且還會(huì)影響零件配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。為保證零件的使用性能和壽命,在銑削表面輪廓時(shí)要合理的控制表面粗糙度數(shù)值的大小。

1.影響表面粗糙度的主要因素

影響已加工表面粗糙度的因素可以分成二種:幾何因素和非幾何因素。幾何因素就是將切削刃看作幾何線(xiàn)段并相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng),形成已加工表面的粗糙度。影響粗糙度的幾何因素主要包括:刀具半徑R、刀具每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f、行間距S等。影響粗糙度的非幾何因素包括:積屑瘤、鱗刺、振動(dòng)、切削刃的刃磨質(zhì)量、工件材料組織的缺陷、切削液的使用情況等。

2.幾何因素對(duì)表面粗糙度的影響

在幾何因素中,銑削殘留高度決定了銑削表面粗糙度的大小。殘留高度是指刀痕在行間構(gòu)成的被稱(chēng)為切殘量的表面不平度H,又稱(chēng)為殘留高度。在高速銑削時(shí),一般通過(guò)控制銑削殘留高度的大小來(lái)控制表面粗糙度,從而控制零件表面加工質(zhì)量。

圖1為球頭銑刀采用行切法銑削表面輪廓時(shí)行距與殘留高度的關(guān)系。由圖1可以看出,在,經(jīng)整理得到球頭銑刀銑削時(shí)殘留高度 H的計(jì)算公式:

其中:R—球頭銑刀半徑,

S—行間距

日本學(xué)者高奇昭[1],在分析球頭刀銑削殘留高度時(shí)在式(1)的基礎(chǔ)上綜合了每齒進(jìn)給量的影響,其殘留高度的計(jì)算公式為:

其中:R——球頭銑刀半徑

S——行間距

z——每齒進(jìn)給量

由此可見(jiàn),在用行切法銑削表面輪廓時(shí),單一地減小行間距S、每齒進(jìn)給量fz或增加銑刀半徑R都會(huì)使表面粗糙度減小。但行間距S、每齒進(jìn)給量fz的減小會(huì)降低加工效率,因此銑削加工時(shí)要根據(jù)零件的加工精度,選擇合適的銑刀半徑R,確定合理行間距S和每齒進(jìn)給量fz。

圖1 行距與殘留高度的關(guān)系

二、高速銑削中影響加工表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究

由公式(1)、(2)中可以看出,球頭銑刀半徑R、每齒進(jìn)給量fz、行間距S是影響表面粗糙度的直接因素,銑刀轉(zhuǎn)速n、銑刀齒數(shù)z可以通過(guò)每齒進(jìn)給量間接影響表面粗糙度。本實(shí)驗(yàn)使用的儀器、設(shè)備和選取的加工參數(shù)如下:

機(jī)床:D IGIT-165高速數(shù)控銑床;刀具:φ12的硬質(zhì)合金涂層球頭銑刀;材料:鋁合金L Y12;測(cè)量表面粗糙度的儀器:TR100表面粗糙度測(cè)量?jī)x;加工參數(shù):干銑削加工,在未說(shuō)明的情況下,選取如下加工參數(shù):

n=34000 rpm、Vf=6800mm/min、R=6mm、αp=0.1mm、S=0.07mm、Z刀=2

對(duì)影響表面粗糙度的因素采取單因素實(shí)驗(yàn)。

1.行間距對(duì)表面粗糙度Ra的影響

在相同的加工參數(shù)條件下,行間距越小,過(guò)渡表面再次被去除的體積就越大,相應(yīng)的殘留高度就越小,表面粗糙度就越小。但過(guò)小的行間距會(huì)使加工效率有所降低,因此行間距也不是越小越好。

圖2是在上述相同的加工參數(shù)條件下,采用5種不同的行間距測(cè)得的3組已加工表面粗糙度數(shù)據(jù)。其中圖(a)是進(jìn)給方向測(cè)得的表面粗糙度值,圖(b)是走刀方向測(cè)得的表面粗糙度值。

圖2 行間距S對(duì)表面粗糙度Ra的影響

由圖2中可以看出:隨著行間距的增大,進(jìn)給方向與走刀方向上表面粗糙度的值增大;但在相同條件下,進(jìn)給方向的表面粗糙度值要小于走刀方向,這在規(guī)劃走刀路徑時(shí)應(yīng)予以考慮。

2.每齒進(jìn)給量對(duì)Ra的影響

高速銑削通常采用高切削速度小進(jìn)給量進(jìn)行加工,每齒進(jìn)給量的減小,會(huì)使進(jìn)給方向上的殘留高度降低,從而降低表面粗糙度。同時(shí),走刀方向上也由于進(jìn)給量的減小而影響到過(guò)渡表面的形狀,從而影響到走刀方向的表面粗糙度。

圖3是在上述相同的加工參數(shù)條件下,采用5種不同的進(jìn)給量測(cè)得的3組已加工表面粗糙度數(shù)據(jù)。其中圖(a)是進(jìn)給方向測(cè)得的表面粗糙度值,圖(b)是走刀方向測(cè)得的表面粗糙度值。

圖3 每齒進(jìn)給量fz對(duì)表面粗糙度Ra的影響

由圖3中可以看出:隨著每齒進(jìn)給量的增大,進(jìn)給方向和走刀方向上表面粗糙度的值都增大。3.轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度Ra的影響

轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度的影響是通過(guò)影響每齒進(jìn)給量而間接達(dá)到的。每齒進(jìn)給量的計(jì)算公式為:

其中:Vf—進(jìn)給速度,n—主軸轉(zhuǎn)速,Z刀—銑刀齒數(shù)

式(3)說(shuō)明,在切削加工過(guò)程中,單一增大轉(zhuǎn)速,增加銑刀齒數(shù)或降低刀具進(jìn)給速度,都能使每齒進(jìn)給量減小,從而減小表面粗糙度Ra。

圖4是在上述相同的加工參數(shù)條件下,采用5種不同的主軸轉(zhuǎn)速測(cè)得的3組已加工表面粗糙度數(shù)據(jù)。其中圖(a)是進(jìn)給方向測(cè)得的表面粗糙度值,圖(b)是走刀方向測(cè)得的表面粗糙度值。

圖4 主軸轉(zhuǎn)速n對(duì)表面粗糙度Ra的影響

由圖4中可以看出:隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高,進(jìn)給方向和走刀方向的表面粗糙度降低,走刀方向上表面粗糙度降低的幅度要大于進(jìn)給方向上。

三、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)研究表明,在切削加工過(guò)程中,選擇最佳切削參數(shù),減小殘留高度是控制表面粗糙度的主要途徑。當(dāng)銑刀參數(shù)一定時(shí),行間距和每齒進(jìn)給量是影響表面粗糙度的二個(gè)主要因素,其它因素都是通過(guò)影響這二個(gè)因素間接影響已加工表面粗糙度的。

行間距的減小使相應(yīng)的殘留高度減小,從而降低了表面粗糙度,提高了加工表面質(zhì)量。但行間距也不是越小越好,過(guò)小的行間距會(huì)使加工程序的長(zhǎng)度增加,從而影響加工效率;當(dāng)每齒進(jìn)給量的減小,進(jìn)給方向上的殘留高度減小,從而降低了表面粗糙度。同時(shí),在走刀方向上進(jìn)給量的減小使過(guò)渡表面的形狀發(fā)生改變,從而降低了走刀方向的表面粗糙度。

A bs tra c t:In high-speed m illing,the geometric factors of ball-end m ill causes corresponding changes in the scallop height of machined surface roughness.Through the experiment on the surface roughness of alum inum alloy specimen,the author summarizes the extent to w hich different geometric factors influence machined surface’s quality.

Ke y w o rd s:high-speed m illing;scallop height;surface roughness

The Influence of Geom etric Factors in High-speed M illing on M achined Surface Roughness

GAO Guang-jin

(Tianjin City Vocational College,Tianjin 300250 China)

TH161

A

1673-582X(2011)02-0043-04

2010-11-10

高廣進(jìn)(1959-),男,天津市人,副教授,天津城市職業(yè)學(xué)院機(jī)電與信息工程系,主要研究機(jī)械制造及加工專(zhuān)業(yè)教學(xué)。