用于銑削加工可轉(zhuǎn)位平面銑刀的幾何參數(shù)的研究

王厚勇，張 浩，路文吉，馬瀟，楊玉紅，王志軍，竇懷彬

（中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南橋箱有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

1 本文目的與意義

銑削是目前平面切削應(yīng)用的主要工藝，銑刀是主要的高速切削刀具，包括面銑刀、立銑刀等。在已有的高速切削刀具技術(shù)研究基礎(chǔ)上結(jié)合本現(xiàn)場(chǎng)刀具使用現(xiàn)狀，通過對(duì)高速面銑刀刀體直徑、刀齒密度及主偏角幾何參數(shù)的研究分析，對(duì)刀具進(jìn)行合理化使用、降低費(fèi)用提高產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，因此具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 高速可轉(zhuǎn)位面銑刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)

可轉(zhuǎn)位面銑刀的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：面銑刀直徑、面銑刀齒數(shù)、合理幾何角度、刀體尺寸、刀槽尺寸、固定連接尺寸、刀具附件尺寸等。

⑴面銑刀種類及其用途如下：

普通形式面銑刀：適于銑削大的平面，用于不同深度的精加工，半精加工；可轉(zhuǎn)位精密面銑刀：適于表面質(zhì)量要求高的場(chǎng)合，用于精銑；可轉(zhuǎn)位立裝面銑刀：適于鋼、鑄鋼、鑄鐵的粗加工，能承受較大的切削力，適于重載切削；可轉(zhuǎn)位圓刀片面銑刀：適于加工平面或根部有圓角肩臺(tái)、筋條，以及難以加工材料，小規(guī)格的還可以用于加工曲面；可轉(zhuǎn)位密齒面銑刀：適于銑削短切削材料，以及較大平面和較小余量的鋼件，切削效率高。

⑵面銑刀直徑D0,采用對(duì)稱銑削法時(shí)，d0按照銑削寬度ae

計(jì)算完畢過后再根據(jù)公比為1.25的標(biāo)準(zhǔn)化系列，50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500mm選取。

⑶面銑刀的齒數(shù)z

刀齒密度大小的選擇與多種因素相關(guān)，其與切削過程中工件硬度、銑削寬度、切屑長(zhǎng)度、切削負(fù)載以及銑削效率等密切相關(guān)。如大量生產(chǎn)銑削主減速器殼平面，選擇高效率和碎切屑特性，應(yīng)該選用密齒面銑刀。

根據(jù)刀具密度的表達(dá)式，相同的刀具直徑D ，刀片夾緊方式對(duì)刀齒密度pz有影響。如螺釘夾緊式銑刀由于組件的數(shù)量較少，故比楔塊夾緊式銑刀的刀齒密度大。根據(jù)高速刀具的有限元分析刀齒密度的選擇要保證刀具強(qiáng)度，當(dāng)?shù)洱X密度選擇較大時(shí)，將導(dǎo)致刀體強(qiáng)度降低，齒數(shù)曾多可提高銑削生產(chǎn)率，根據(jù)上述刀具刀齒密度選擇，刀具的齒數(shù)受到加工材料、容屑空間、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)床功率及剛度等因素限制。參考下列經(jīng)驗(yàn)公式選取。

⑷刀具的幾何參數(shù)

銑刀片的幾何參數(shù)包括：主偏角、前角、后角、刀尖角、刀尖圓弧半徑、修光刃長(zhǎng)度等。為獲得銑削加工表面較細(xì)的粗糙度，刀片安裝在刀體上，其轉(zhuǎn)角修光刃必須與銑削平面平行，否則將嚴(yán)重影響加工表面粗糙度的參數(shù)值。

90°主偏角銑刀銑削力主要產(chǎn)生在進(jìn)給的徑向分力，軸向分力壓力小。這對(duì)于銑削低強(qiáng)度結(jié)構(gòu)或薄壁工件有積極意義。主要用于薄壁零件及裝夾較差的零件的銑削，也可用于要求獲得直角場(chǎng)合及方肩銑;45°主偏角銑刀的徑向和軸向分力大小接近一致，切削平穩(wěn)并對(duì)機(jī)床功率的要求較小。當(dāng)以大懸伸或小刀柄銑削時(shí)，會(huì)減弱振動(dòng)趨勢(shì)，同時(shí)該角度銑刀減少切削厚度，在保持中等切削刃負(fù)荷的情況下，其工作臺(tái)進(jìn)給范圍更大，提高生產(chǎn)效率。使用于普通用途的面銑及短切削材料的銑削;10°主偏角銑刀允許在非常高的切削參數(shù)下進(jìn)行切削，其工件臺(tái)進(jìn)給非常高但切削厚度小。切削力主要產(chǎn)生在軸向上，因而可降低振動(dòng)趨勢(shì)并獲得很高的金屬去除率。主要在高進(jìn)給和插銑刀具上使用[2,3]。

3 面銑刀銑削力分析計(jì)算

⑴銑削功率經(jīng)驗(yàn)公式：

N=CN×10-5×Dg×tx×SZy×Bu×Zp×nf×KMN

式中：D為刀具直徑，t為切削深度,SZ為每齒走刀量,B為切削寬度，Z為銑刀齒數(shù)，n為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù);KMN為修正參數(shù)見表1,計(jì)算所得的N不考慮銑刀的漸進(jìn)磨損過程，是銑刀磨鈍后的數(shù)值。系數(shù)CN及指數(shù)g、x、y、u、p、f值均見表1

⑵不同銑削方式下切削力受力公式：

① 對(duì) 稱 銑 削 :PH=(0.3～0.4)PZ PV=(0.85～0.95)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

表1 硬質(zhì)合金平面銑刀銑削功率參數(shù)表

切削條件變化后功率的修正參數(shù)

②不對(duì)稱順銑:PH=(0.15～0.3)PZ PV=(0.9～1.0)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

③ 不 對(duì) 稱 逆 銑：PH=(0.6～0.9)PZ PV=(0.45～0.7)PZ P0=(0.5～0.55)PZ

⑶基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例的理論應(yīng)用：

以材料為Q450球墨鑄鐵的主減殼蓋大盤面加工為例進(jìn)行驗(yàn)證，加工平面寬度為34.5mm，切削方式為不對(duì)稱逆銑。

2、切削力的計(jì)算:取以下切削參數(shù)，切削深度t=1.0mm，每齒走刀量SZ=0.75mm，切削深度B=34.5mm，每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n=800r/min各系數(shù)與指數(shù)值查找表1得：系數(shù)CN=2.8及指數(shù)g=0、x=0.9、y=0.74、u=1.0、p=1.0、f=1.0

①切削功率計(jì)算N=CN×10-5×Dg×tx×SZy×Bu×Zp×nf×KMN

N=2.8×10-5×500×1.00.9×0.750.74×34.51.0×41.0×8001.0×1=2.50（KW）

②實(shí)際切削功率N`=3.12×KMN×KθN×KγN=2.53（KW）

PH=(0.6～0.9)PZ=0.9×154.46=110.95N;PV=(0.45～0.7)PZ=0.7×154.46=86.30 N;

P0=(0.5～0.55)PZ=0.55×154.46=67.8 N;根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系計(jì)算得徑向力PY=67.53N

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的效果驗(yàn)證

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)批量生產(chǎn)追蹤檢測(cè)，①產(chǎn)品要求平面度0.07、表面粗糙度Ra3.2，更換新型刀具后所加工工件平面度穩(wěn)定維持在0.04～0.06范圍之內(nèi)，表面粗糙度Ra1.6；②加工走刀由原來的6刀變更為現(xiàn)在的4刀，每件產(chǎn)品加工時(shí)間節(jié)省2分鐘；③在相同加工環(huán)境下單件產(chǎn)品的加工成本降低32%。

5 總結(jié)

銑削刀具的幾何參數(shù)的選用直接決定了銑削加工的效益與質(zhì)量，從現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)證明來看使用合理的刀具大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量與加工效益，因此對(duì)如何選用合理的刀具來進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品加工的研究有效的避免了在選用刀具種類上的盲目性，為進(jìn)一步開展二次創(chuàng)業(yè)、對(duì)刀具進(jìn)行合理化使用、降低費(fèi)用提高產(chǎn)品質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，因此具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。