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车刀摇动断屑法及其装置
??:未知 ??:admin ??:2019-08-22 ??:
 

  车刀摇动断屑法及其装置_能源/化工_工程科技_专业资料。车刀摇动断屑法及其装置

  第 第。 2 卷 期 1 0 9 0年 1 月 2 机 械 工 程 学 报 C NES OUR HI E J NAL OF M E CHANI CAL E GI EE NG N N RI 。 m 。。 ? De . 1 9 c 90 车刀 摇 动 断 屑 法 及 其装 置 庞 爱 芳 杨 志兵 ( 京理工大学) 北 摘 要 车文 对 车 刀摇 动 断 屑法 的 断』 机 理 、 刀具 瞬 时进 给 量 的计 算、 断 屑条 件 以及摇 动 断 屑装 置 『 ; 进行 了初 步 探讨 4 以 上 。 O ? 切 削试 验 表明 这种 断 屑法 断 屑 可嚣, 在 相 { 司切削 条件 下, 刀具 耐 用度 比普 通切 削 法 可提 高 关键词 车 刀摇 动 断 屑法 摇动角 变 进 给 切 削 法 0 前言 ’ 金 属 切 削 加 工 中的 断 屑 问题 是 一 项 十 分 复 杂 而 令 人 头 痛 的 问题 。 目前 国 内 外 主要 是 采用 在 刀 具 上 设 置 断 屑槽 的 方 法 来 达 到 断 屑 目的 , 这种 方 法 简 单 可行 , 它 只 能 在 一 定 的 切 削 条件 但 下 才 能 实 现 断屑 , 因为 一 断 屑 槽 型 尺 寸 只 能 适应 于 一 定 的 工 件 材 料 、 } 坜削 用 量 和 刀具 几 何 角 度 。 然 而 , 切 削加 工 是 在 条 件变 动 的 情 况 下 进 行 的 , 如 刀具 在 切 削 力 、 削 热 作 用下 会 产 生 例 切 磨 损 , 从 而 改 变 其 槽 型 尺 寸 和几 何 角 度 , 这 就 往 往 不 能 达 到 稳 定 , 可靠 断 屑 的 目的 。 此 外 , 近 年 来 国 内外 都 在研 究 和发 展 薄 刀 片 刀具 , 这 种 刀 具 结 构 合 理 ,使 用性 能 好 , 可 大 量 节 省 刀 片 材 料 , 是 今 后 刀具 的 发展 方 向之一 。 如 我 国成 都 工 具 研 究 所 研 制 的用 于重 型 切 削 的 薄 刀 片 刀具 , 其 刀 片 厚 度 只 有0 2 .mm, 不 难 理 解 在这 样 薄 的 刀 片 上 是 很 难 应 用 断屑 槽 的 。因 此 , 寻 求 稳 定 且 可靠 的 断 屑方 法也 必须 针 对 这 类 刀 具 。 采 用 变 进 给 切 削 法 [ ] 不 受 切削 条件 的 限 制 而 达 到 稳 定 a可 可靠 断 屑 的 目的, 但 由于 进 给 量 的变化会使 工件 的表面粗 糙度受影响 ( 通常增加一级左 右)从而 限制 了该 方 法在精加工 中 , 的应用。 “ 刀 摇动 断屑 法” 是 通 过 采 用 一 简 单 装 置 使 刀具 在 正 常 走 刀运 动 的 同时 再 获 得 一 个绕 车 车 刀 轴 线 的周 期性 的 摇动 运 动 , 而 引起 刀 具 工作 角度 ( 前 角和 刃倾 角 ) 切 削 速 度 以及 工 件 从 如 、 材 料 变 形 程 度 的 周 期性 变 化 , 使 形 成 的 瞬 时 切 屑 厚 度 也 产 生 周 期 性 变 化, 通 过 调整 工 件 相邻 两 转 中刀 具 运动 轨迹 的相 位 , 可使 切 屑 在 厚 度 上 产 生 薄 弱 环 节而 折断 。这 种方 法 与 变 进 给切 削法相 比不但在粗加 工 中可以断 屑,而 且在精加工 中也能稳定断屑。 由于 篇幅所 限,本文主 要 介 绍 摇 动 切削 在 精 加工 中 的 断 屑 机理 。 ] 8 年 儿 月 收 到初 稿 , 1 8 年 9月 啦 到 捧 让 稿 98 9 9 机 械 工 程 学 掇 第 z 卷 6 1 摇 动 切 削 的断 屑 机理 在 精 车 时 , 刀 尖 装 于 摇 动 轴 线 上 并 与机 床 主 轴 中心等 高 ,使 刀 尖 在 切 削 过 程 中 的 运 动 轨 迹 保持 不 变 。这 样 , 反 映 在 工 件 表 面 上 的 进 给 量不 变 , 从 而 保 证 了工 件 表 面粗 糙 度 要 求 。 图 1 示了摇动切削时刀具绕其本身的某一轴 线进行 摇动,该摇动轴 线 与 工 件 轴线垂 表 直。 图 中 刀尖 与 机 床 主 轴 中心 等 高 , 并 在 摇 动平 面 内位 于 刀杆 摇动 中心 上 , 切 削 中刀 刃 的 运 动情 况如 图 2所 示 。 为 使 分 析 简 化 起 见 , 取 刀具 主偏 角K, 5 图 中 ,为 机 床 进 给 量, 由于 刀尖 处 于 摇 动 =4 。 轴 线上 并 与 机 床 主 轴 中 心重 合 , 所 以在 刀尖 处 ( 加工 的 工 件 表 面 上 ) 的进 给量 保 持不 变 仍 已 为 ,, 切 削 深 度 n 在 切 削 过程 中也 保 持 不 变 , 因 此 , 加 工 表 面 的 尺 寸 精 度 不 产 生 变 化 , 对 粗 糙 度 的影 响 也 很 微 小 , 这 就保 证 了精加 工 的 技 术 要 求 。 平 面 轴线 摇 动 切削 在 精 车 时刀 具 的安 装位 置 图 2 刀 具 切削 刃的 运 动 情 况 通常 在加 工 中碳钢时, 当进 给量 ,>0 4 m/r .r a 切屑就容易折断。而精 加 工时 进给量一 般 在 0 1 .rm/r以下 , 切 深 n≤ 1 . ~0 2 a , mm左 右, 切屑 就很 难折 断 。 在 摇 动 切 削 中 , 当 刀具 周 期性摇动时,刀具的瞬 时工 作角度 ( 前角,后 角、 刃倾 角)的周 期性 变化 ,一方面会 引起切 屑厚度 上产 生薄弱环节}另一 方面 由于刃倾角的变化 引起切屑流 向的变化 ,这样切屑就会产 生 反 复 弯 曲, 而 由切 屑 流 向变 化而 引起 的 弯 曲力 矩 能 使 切 屑 的 弯 曲应 力 超 过 切 屑 折 断 应 力 , 上 述 两种 作 用 的 综 合 , 使 切 屑 很 容 易 折 断 。 摇 动 切 用 于精 车 过 程 , 切 屑 的折 断 机 理 可 分 为 以下 两 种 情 况 : (1) 当 进 给 量 和 切深 很 小 且 ,>n 时 , 由于 此 时 切 屑 所 形 成 的 截 面 很 小 , 切屑 的 强 度 , 较低, 当刀具来回摇动时, 给予切屑的反复弯 曲和 冲击力 足以使 细小的切屑折断。 . (2) 当 ,< 时 ( 图 2) 取 刀尖 ( 见 , O点 ) 为参 考 点 讨 论 切 削 刃 上 各 点 的 运 动 轨 迹 1) A点 ( 削刃 上 与 工 件 待 加 工 表 面 相 接 触 的点 )。 在正 常 切 削 时 , 工 件 相 邻 两 转 中 切 刀 刃上 点 的 移 动 距 离 为 =,, 在 摇 动 切 削 中, 设 刀具 摇动 角 为 0。 假 设 刀 刃 上 点在 前 一 转 的 切 削 位 置 为 时 刀 刃 处 于 水 平 位 置 , 而 到 相 邻 的 下一 转 时 , 由于 刀 具 摇 动 了 0角 , 使 点 位 于 且平 面 以下 的 点, 这就 使 切 削 刃 上 点 在 进 给方 向上 的 移 动 距 离 不 同 于 刀 尖 点 (O点 ) 在该 点 的 进 给 量 比正 常 进 给 量小 △ 由 图 2中 的几 何 关 系 可近 似 得 到 △ 值 , ,, , 为l 第 6 期 车刀 摇 动 断 屑 法 及 其 装 置 , = d (1 一 C S0) , O (1) 2) B点 (B点在 切 削 刃上 O点 与 点之 间 ) 与 点 同理 分 析 可 得 到 z 。 l 为 f , B=( P Ⅱ R (1 一c s ) a 一 ) 0 0 (2) 显 然 , 当 n= 0时 , B点 即为 点 , 而 当 n =a时 , 则 公 式 (2) P p 描述 的是 刀 尖 ( O点 ) 处 的情 况, 此处 的进 给 量 不 变 化 , 即, = 0。 因此 , 在 摇 动 切 削 中, 切 削 刃 上 各 点 的进 给 。 量 的变 化 可用 下 式 表 达 , =( ,一 i n ) (1 一c s0) 0 (3) 式 中, i为 刀 刃 上 任 一 点 , 为 刀 刃 上 从 i点 到 工 件 待 加 工 表 面 上 的垂 直 距 离 , ( , n一 a. p)为 刀 刃 上 f 的切 深 由 于 摇 动 角 0是 往 复 作 用 的 , 即 在 士0 内作 周 期变 化 ,使 刀 具 切 点 。 削 刃上 除刀尖 以外 的各点上的进给量也 作不 同程度的周期性 的变化,其变 化 范 围 在 o 士 ~ , 之 间。 由于摇动运动是 周期性的, 因此在工件 待加工 表面 上切削刃 点的运动轨迹 将是 一 条近似 的正弦曲线 这样,通过 调整 工件相邻两转 内刀刃运动轨迹 的相 位,就可使切 屑在 由 金 属 切 削原 理 可 知 , 加 工 中所 形 成 的 切屑 厚 度 a 等 于切 - 厚 度 上 产 生 薄 弱 环 节 , 从 而 使 切 屑 易于 折断 。 削材 料 的 变 形 系 数 乘 以切 削 层 厚 度 a ,. a 即 _=Ka , 而 a = ,? i sn 所 以 切 屑厚 度 Ⅱ =K - -i 。 当 主 偏 角 , , sn 值 一 定 时 , 切 屑厚 度 a 主 要 取 决 于 及 ,值 。假 设 刀 具 摇 动 频 率 - “ ,取 为 机 床 主 轴 转 速 的 1 5倍 ,则 可 得 到 主 刀刃 上 点 的 切 削 . 轨 迹 如 图 3所 示 。 由 图 3可 看 出 点 的 最 大 进 给 量 为 , … , , , + … = 2 A点 的最 小 进 给 量 为 , … ,, 。 f 一2 只 要 能 , , … = , 。 找 到 主 刀 刃 上 各 点 进 给 量 的 瞬 时 变 化 量 ,, 就 可 得 到 刀 刃 上 图 3 切屑上的薄弱环节 各 点 的 瞬 时 进 给 量值 , 和, 在 图 3中 可看 到 刀 刃 上 点 的运 动 轨 迹 曲 线) … … 。 可知 , = f + 2C 一 n。【1 一c s ] … ( , P) o 0) , 。 f 一 2C a 一 ,(1 一c s ] = (, ) 0 日) 【4) (5) 由公 式 (4) (5)可 看 出, 切 削 刃 上 从 与 工 件 待 加 工 表面 相 接触 的 点 开 始 进 给 量 变 , 化 最 大 ,接 着 向刀 尖 方 向进 给 量 变 化 越 来 越 小 , 在 刀 尖 处 n , , = 0,进 给量 没 有 变 = . 化。 可 见 ,在 摇 动 切 削 中, 当 ,< n时 , 断 屑 作 用 是 由于 切 屑 上 具 有薄 弱 环 节 。而 形 成 薄 弱 , 环 节 的 必 要 条 件 是 刀 具 的 摇 动 角, 同时 还 要 求 刀 具 在 工 件 相 邻 两转 内 运 动 轨 迹 产 生 相 位 差。 刀具 摇 动 角 的 大 小 在 断 屑 装 置 上 必 须 是 可 调 的 。决 定 刀 刃 轨 迹相 位 的 是 车 刀摇 动频 率n与 机 , 床 主 轴 转 速 的 比 值 ( ,n) 由 图 3及 公 式 (4) (5) 可 知 在 摇 动 切 削 中理 想 的 断屑 条 n/ 。 件 为 , , ≥÷ n/ 口 c+ ,n= ÷ . ( 6) ( 7) 机 械 工 程 学 报 第 2 6卷 式 中 , 口为 0, 1, 2, 3… , 正 整 数 。 , 的大 小 由摇 动 角 0的 大 小 来 决 定 。 应 该 指 出, 由于 “ 摇动 切 削 ”对 刀具 及 切 屑 的 动 态 效 应 ,使 得 在 实 际 切 削 中并 不 一 定 非 要 满 足 上 述 两个 断 屑 条 件 切 屑 才 能 折 断。 这 在 切 削 试验 中得 到 了证 实 。 2 摇 动断 屑 装置 本 文 作 者 设 计的 “ 刀 摇 动 断 屑 装 置 ” 如 图 4所 示 车 ’ 该 装置 装 于 车 床 刀架 上 代 替原 有小 刀 架 。 它 由刀 片 1、 刀 杆 2、 动力 源 ( 动 机 或 电动 液 机 ) 3, 底 座 4和 连接 2和 3的 曲柄 摇 杆 机 构 5组成 。 切 削 时 , 车 刀 在机 床 自动 走 刀 运 动 的 同时 又 由动 力 源 驱 动 曲柄 摇 杆 机 构 使 刀杆 获 得周 期性 的 摇 动 运 动 。 通 过 调 整 曲柄 长 度来 调 节 摇 动 角 的 大小 , 以 满 足 不 同 切 削 条 件 下 的最 佳 摇动 角 的 要 求 。 曲柄 摇杆 机构 如 图 5所 示 。 曲柄 由 一 个 可 调 偏心 距 的 圆盘 8和 滑 块 9组 成, 摇 杆 6和 键 7固 接 在 刀杆 上 , 摇杆 的另 一 端 可 是一 滑 遭 ,滑 遭 可 夹住 固 定 在 圆盘 8上 的滑 块 9 滑块 在 圆 盘上 的偏 心 距 通 过 在 T型 , 槽 中 的 位 置 进 行 调 整 。 圆盘 8固 接 由液 动 机上 , 当 液 动 机 图 4 摇动断屑装置 带 动圆盘转动时, 由于滑块 的偏 心,使摇 杆 6摇动。调 整偏 心距可调节摇动 角的大小 。 刀杆 2的 头 部 是 可 更 换 的 , 如 图 6所 示 。 刀 头 部1 通 过 端 面 键 和 圆柱 孔 与刀 杆 2连 接 , 这 样 可 使 刀 头 与 刀 杆 的 连 接 精 度 较 高。 当 5 头 部 损 坏 时 , 可 方 便 地 进 行 更换 ,不 必更 换 整 个 刀 杆 图 5 曲柄 摇 杆机 构 图6 刀 杆头 部 3 切 削 试 验 应用所设计 的摇动断屑装置分别在C 7 3液压仿形车床及 C 10 E 12 W64 A普 通车 床 上 对 D 6 钢 、 2 Cz 4钢 等材 料 进 行 了 反 复 切 削 试验 。试 验 结 果证 明 了前 述 断屑 机 理 是 正 确 的 。 由 O 0 、 5 于 篇 幅 所 限 , 以 下仅 列 出 表 1至 表 4四 组 试 验 数 据 。 试 验条件: 机 床:C 6 4 A车床, 主轴 转速 n =5 5r ,l。 W 10 。 6 / a n 刀 具 :YT1平 前 面 硬 质 台 金 刀片 ,前 角 r =O , 后 角 口 =6 , 刀尖 圆弧 半 径 r =l 5 0 。 。 。 mm。 工件 材 料 : 4 钢 ,直 径 D =8 rm。 5 8 a 必 须 指 出, 车 刀 摇 动 断屑 法 起 源 于 日本 , 查 阅 有 关 资料 和专 刊 , 这 种 断 屑 法在 日本 仅 在 第 6 期 表 1 r=0 1 . ,一=2 。 7 ./ o D 1  ̄ . 车 刀 摇 动 断 屑 法 及 其 装 置 袅 2 d , , =0 2 口=2 ., 7 0 . 2 D 5 l . 5 1 o 1 . 51 5 l . 5 . oO 7 . O1 2 l . o1 7 x P 5 0 1. O L 2 5 7{ 0 l . 5 1. 0 1. 0 2 . l} xx × 。l l 卜 0 × × 。I I× ll l xx 下 同。 0 0 0 。 { 。 0 0 . 4 0 0 。 l 。 0 注 , 襄 中 , × 衰示 稳 定 断 屑 , 0 襄 示 不 断 屑 , 0 衷 示 断 屑 不 稳 定。 袁 5 ,:0 1 n 1o . O . , f n =1 5 , 9 o 0 . 表 4 0. 7D 0 、 =0 2 , n =1 . ., 0 .0 5 O 4n . 0. 0 5 0. 0 6 2 0 0 4 .0 0. 0 5 dP 0 . 2 0 l 。 9 2 。 7 。 l。 9 2。 7 3 。 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 实 验 室 中进 行 了 研 究 和 试 验 , 其 试 件 为 简 单 圆柱 体 ,进 给 量 仅 为 0 1 .mm/r, 没 有用 于 生 产 实际。 本 文所 述的断屑装置在某厂 的液压 仿型车床上加工成形体零件 , 切削速度 =3 7l , . /s J i l 切 深d = 2~ 3 mm, 进 给 量 , =0 4 .rm/r。 经 过 批 生 产 考 验 , 证 明 了 以下 几 点 结 论 .~0 6 a (1)断 屑 可 靠 , 切屑 形状 规 律 , 切 屑 所 占体 积 只 有原 来不 断 屑 时 的 1 5 便 于 清 理 ,保 /, 证 了安全生产和文明生产。 (2) 当 刀 尖 安 装 在 车 刀 摇 动 中心 上 时 ,可 使 刀尖 处 进 给 量 保 持 不 变 , 从 而 可保 证精 加 工 时 工 件 的表 面粗 糙 度 要 求 。 (3)刀 片上 不 需 设 置 断 屑 槽 , 可 提 高 刀片 强度 ,增 加 刀 片 寿 命 , 尤 其 适 合 薄 刀 片刀 具 断屑。 (4) 刀 具 的 摇 动运 动改 善 了 刀具 与 工 件 的 摩 擦 条 件 和 散 热 条 件 , 使 刀 具 的 耐 用 度 可 提 高 4 以上 。仅 以该 道 工 序 为 倒 , 每 年 可 节 约 刀 片 费 用 1 2 元 。 0 .万 (5) 由 于 摇 动 切 削 可 降低 切 削力 、 切 削 热 ,使 消 耗 的 切 削 功 率 降 低 , 从 而 节 省 了 能 源。 机 械 工 程 学 报 第 2 卷 6 参 考 文 献 广 田 平 一 筱 崎 襄 . C iB e k y Ro la o. , h p r Ⅱ b Ii To 【SME Te h iaP P r M R 0 2 0 g c n c l e, 7  ̄ 5 魔 爱 芳 , 赵文 海 . 振 荡断 腰研 究. 北 京工 业 学 院 学报 , 18 ( 9 2 I) 庞 爱 芳 . 齿轮 连 杆 式断 屑 装置 .北 京工 业 学 院 学报 , 1 8 (3) 93 庞 爱 芳 . 断 屑 、 工 艺 、 刀 具 译 文 集 . 国 外 兵 器 技 术 ( 艺 材 料 类 ) . ] 8 工 95 CHI BREAKI P— NG I ROCKI W TH NGTURNI NGTOOL pa g n Ai n fa g ya g n Zh b n iig ( l lg I siue o Te h oo y Bej n n t t | t c n lg ) ABS TRACT Apr i i el m nar y ndeav。ur nm aki i agus of oc ngt ol f chi br k i de ce s e r ki o or s p— ea ag vi i di s — et bedr t i oge he w i h t w o ki t r t i s r agpr nel es eal i P[ , cul Ⅲ at J of r t ans e t i at ooI ee a c f d Ⅱd on— di i i ons fo chi r p—br ki ea ng. Cut i t t s t ng es s ho ̄t at uc r f s hm et d i ho of hi c p—b aki i r i re ng s el abl n d he t e nt ooI / f c i e an b 0 e 4 % h h r t a t a f。 d a r u tn n e 蛆 皿 e u t n o l i ns e h n h t o r i a y c ti g u d r J g c t i g nd t。 . 栅械


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