X6325T搖臂銑床機(jī)械安全極限值的計(jì)算與應(yīng)用

趙建杰

(南通科技投資集團(tuán)股份有限公司，江蘇南通226011)

金屬切削機(jī)床的生產(chǎn)制造正向高速化、精密化、復(fù)合化、環(huán)保安全型等方向發(fā)展，對(duì)金屬切削機(jī)床的安全性能要求也越來(lái)越高。為此，本單位實(shí)施了搖臂銑床精品化工程，改進(jìn)生產(chǎn)X6325T搖臂銑床，其性能、加工范圍都得到改進(jìn)和提高。

1 問題的提出

銑床在進(jìn)行銑削的過程中，銑刀的受力和變形比較復(fù)雜，且切削力時(shí)刻在變化。切削過程中，如果銑削力過大時(shí)，刀具會(huì)發(fā)生打齒、崩刃等現(xiàn)象。這樣會(huì)造成比較嚴(yán)重的后果:1)崩裂的碎片飛出會(huì)對(duì)操作人員的安全造成威脅；2)使銑削精度降低，工件表面粗糙度高；3)影響機(jī)床的主軸傳動(dòng)精度。

為了保證操作者的安全，使產(chǎn)品符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也為了提高機(jī)床的主軸精度和加工品質(zhì)，在X6325T搖臂銑床的設(shè)計(jì)上采取了安全離合器過載保護(hù)措施，因此需對(duì)主軸套筒和工作臺(tái)橫向、縱向進(jìn)給安全離合器的安全極限值進(jìn)行分析和計(jì)算。

2 切削時(shí)銑刀的受力計(jì)算及變形分析

a)切削時(shí)銑刀的受力及變形的分析

銑刀在切削金屬時(shí)，由于加工條件不同，銑削力的變化范圍較大。經(jīng)分析認(rèn)為，銑刀切削時(shí)工件將發(fā)生部分彈性變形和塑性變形并對(duì)刀具產(chǎn)生抗力，同時(shí)加工中切屑與刀具、刀具與工件之間產(chǎn)生摩擦力，銑削力是二者的合力。

研究銑刀的受力情況時(shí)，一般研究一個(gè)刀齒，可將銑削力分解為三個(gè)互相垂直的分力，即切向分力Fz；徑向分力Fy；軸向分立Fo(圖1)。切向分力Fz視為與銑刀外圓相切，則銑刀所受切削阻力矩為T=FzD/2，(D為銑刀刃部直徑)，消耗主要?jiǎng)恿Γ沟毒甙l(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，影響主軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度。徑向分力Fy是工件竭力想把銑刀推開的力，它作用在銑刀半徑方向上，使刀具發(fā)生彎曲變形，影響主軸的彎曲強(qiáng)度和剛度。軸向分力Fo沿機(jī)床主軸軸線作用，使刀具發(fā)生壓縮變形，它會(huì)把刀桿推進(jìn)主軸。

b)端銑刀銑削力的計(jì)算

1)端銑刀銑削力

X6325T搖臂銑床負(fù)荷試驗(yàn)規(guī)范所提供的銑削條件見表1。

圖1 銑削力分解示意圖

表1 硬質(zhì)合金銑刀的銑削條件

根據(jù)此切削條件可計(jì)算出短時(shí)間超25%最大扭矩，端銑刀銑削時(shí)任一瞬間作用于銑刀刀齒上的切向分力Fz可按下式計(jì)算:

式中:t—— 銑削深度，mm；

sz—— 銑刀每齒進(jìn)給量，mm/每齒；

B—— 銑削寬度，mm；

Z—— 銑刀齒數(shù)；

D—— 銑刀直徑，mm。

2)軸向分力計(jì)算

計(jì)算出切向分力Fz后，銑刀的其他分力Fy、Fo可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式由表2求出。

表2 各銑削分力的經(jīng)驗(yàn)比值

Fo=1.1 Fz=1.1×816=897.6N

c)圓柱銑刀最大切削主分力

圓柱銑刀最大切削主分力即徑向分力計(jì)算:

X6325T搖臂銑床負(fù)荷試驗(yàn)規(guī)范所提供的銑削條件見表3。

表3 高速鋼銑刀的銑削條件

根據(jù)此切削條件可計(jì)算出端銑刀銑削時(shí)任一瞬間作用于銑刀刀齒上的切向分力Fz可按下式計(jì)算:

FZ——最大切削分力(工作臺(tái)進(jìn)給推力)，N；t——切削深度，mm；

sz——銑刀每齒進(jìn)給量，mm/z；

B——切削寬度，mm；

z——銑刀齒數(shù)；

D——銑刀外徑，mm；

K——修正系數(shù)。

FZ=9.81×30×2×0.3170.72×450.86×6×63-0.86×1.06=1 223.6(N)

短時(shí)間超25%最大切削分力F=1223.6×1.25=1530(N)

3 主軸套筒和工作臺(tái)橫向、縱向進(jìn)給安全離合器安全極限值的分析

端銑刀銑削時(shí)產(chǎn)生的最大軸向分力Fo即是搖臂銑床主軸套筒所受的最大推力，因此調(diào)節(jié)主軸套筒安全離合器上彈簧的壓力值，當(dāng)切削力大于該壓力時(shí)，安全離合器脫開，使進(jìn)給停止，保證操作者的安全。根據(jù)以上計(jì)算和分析，推薦套筒向下最大壓力為880N為宜。

搖臂銑床橫向、縱向進(jìn)給刀具所受的最大切削力即為圓柱銑刀銑削時(shí)產(chǎn)生的最大切削分力，因此調(diào)節(jié)橫向、縱向進(jìn)給安全離合器上彈簧的壓力值，當(dāng)切削主分力大于該值時(shí)，安全離合器脫開，進(jìn)給停止。根據(jù)以上分析和計(jì)算，推薦工作臺(tái)橫向、縱向進(jìn)給的最大推力為1 530N為宜。

4 結(jié)論

通過分析計(jì)算，X6325T搖臂銑床機(jī)械安全極限值為:橫向、縱向進(jìn)給推力為1 530N；垂向進(jìn)給壓力為880N。機(jī)床裝配時(shí)按此要求對(duì)安全離合器上的彈簧進(jìn)行了調(diào)整，經(jīng)國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，完全達(dá)到了國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。同時(shí)，也能更好的指導(dǎo)用戶的操作，給用戶推薦合適的切削參數(shù)，做好售前技術(shù)支持工作，為產(chǎn)品推向市場(chǎng)、贏得客戶的青睞打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］機(jī)械工程手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［2］范鑒青.金屬切削原理與刀具［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.

［3］劉源旭.金屬切削原理［M］.上海:上海科技文獻(xiàn)出版社，1987.