曲面加工中行距對表面粗糙度影響的研究

宋 新，馬衛(wèi)東

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

隨著數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)的廣泛應(yīng)用， 數(shù)控銑床及加工中心等設(shè)備被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜曲面的銑削加工。 在使用球頭銑刀銑削曲面的數(shù)控加工中，除了切削用量、鱗刺、積屑瘤、刀具變形等因素對表面粗糙度Ra有很大影響之外， 行距對零件加工的表面粗糙度也有很大影響。 研究了球頭銑刀在加工曲面時切削行距與表面粗糙度的關(guān)系。

1 行距的計(jì)算

在復(fù)雜曲面的加工中，行切法是有效的加工方法之一。 但行距的大小是影響加工表面質(zhì)量和加工效率的重要因素，在加工之前一般需要確定[1]。

1.1 行距S 的一般計(jì)算方法

銑刀半徑的確定與曲面曲率有關(guān)，尤其是在加工凹面時，銑刀半徑必須小于凹面的曲率半徑。 在進(jìn)行銑削加工時，行距S 又與刀具半徑r刀和刀鋒高度h 有關(guān)[2]。 圖1 為球頭銑刀加工曲面的簡圖。

由圖1 可以看出：

而

在空間曲面加工中，有時球刀半徑r刀與要加工的曲面曲率半徑ρ 有較大差異。 此時， 要想得到較小的刀鋒高度h 和較好的表面質(zhì)量，O1F 可取近似值，即：

圖1 球頭銑刀加工曲面簡圖Fig.1 Ball milling cutter process curve

式中：r刀為球頭銑刀刀具半徑；S 為刀具切削時的行距；h 為刀峰間殘留高度；ρ 為曲面曲率半徑。

由上式可知，在加工空間曲面時，要想得到較好的表面質(zhì)量和較高的加工精度，必須取最小的行距。

1.2 復(fù)雜曲面最小行距的確定

由上述可知，在曲面曲率半徑最小的地方，行距要求最小。 對于空間復(fù)雜曲面，數(shù)據(jù)處理的工作量較大，通?？捎肅AM 軟件分析得到曲面的最小曲率半徑，從而節(jié)省大量的時間。

在邊界混合曲面中，可利用Pro/Engineer 軟件求出邊界混合曲面的最小曲率半徑[3]。 具體方法為：（1）創(chuàng)建邊界混合曲面（建模）。 （2）選擇主菜單中的分析→幾何→曲率。 得到最小曲率半徑后，可通過公式（1）求得實(shí)際加工中所需的最小行距。

在圖2 所示的邊界混合曲面，想得到曲面的加工表面粗糙度Ra為3.2 μm，則可取h＝0.0032 mm。若球頭刀半徑r刀＝5 mm, 求出曲面最小曲率半徑為50.357 mm。 利用公式（1）可求出最小行距。

圖2 邊界混合曲面簡圖Fig.2 Boundary mixed curve

2 行距對表面粗糙度的影響

2.1 實(shí)驗(yàn)條件

機(jī)床采用四川自貢KV650 數(shù)控銑床，工件材料為鋁合金,銑削方式為平行銑削（雙向行切）,主軸可無級變速，主軸最大轉(zhuǎn)速為6 000 r/min。 球頭刀直徑為10 mm，機(jī)床轉(zhuǎn)速為3000 n(r/min)，X、Y 向F 值為300 mm/min，Z 向F 值為100 mm/min，精加工背吃刀量為1mm。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

當(dāng)切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量不變時，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 行距對表面質(zhì)量的影響Tab 1 Effect of line spacing to surface quality

與表1 對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)影像資料如圖3 所示。

2.3 結(jié)果分析

當(dāng)切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量、刀具半徑不變時，通過以上數(shù)據(jù)，可以得到曲面行切加工時行距對表面粗糙度的影響曲線（如圖4 所示）。 通過實(shí)驗(yàn)不難看出，當(dāng)行距不斷減小時，表面粗糙度的值也隨之降低，但當(dāng)降低到一定數(shù)值之后，表面粗糙度的值將不再隨著行距的減小而降低。

圖3 表面粗糙度影像Fig.3 Surface roughness image

圖4 行距與表面粗糙度的關(guān)系Fig.4 Relations of line spacing and surface roughness

3 結(jié)語

在空間曲面的數(shù)控加工過程中，隨著行距的減小，表面粗糙度值隨之減小，表面精度也越高。 但行距減小到一定程度，表面粗糙度值將不再減小。 從工藝及加工效率方面考慮，在粗加工時，行距S 可選得大一些，精加工時可選得小一些[5]。 有時為了減小刀峰高度h，行距S 可取經(jīng)驗(yàn)值：0.7 倍的刀具直徑，這樣，實(shí)際效果會更好些。

[1] 張伯霖，楊慶東. 高速切削技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：11-23.

[2] 施維. 高速切削加工技術(shù)的應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械，2005（5）：18-20.

[3] 湯宏群， 蘇廣才. 基于Pro/ E 的復(fù)雜曲面分模面構(gòu)建方法研究[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用，2004（1）：17-18.

[4] Juan Diego Frutos3 ,Denis Borenstein. A framework to supportcustomer2companyinteraction in mass ustomization environ2 ments[J]. Computers in Industry, 2004（2）：58-60

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