旋风铣削丝杠螺纹时牙槽两侧表面质量差异分析及铣刀设计
发布者:畅馨精工 发布时间:2019-8-2 9:35:43
1 引言
2 牙槽两侧面表面质量的计算与分析
1) 牙槽两侧面表面特征
旋风铣削丝杠螺纹时,当铣削速度进步到2000r/min 以上,螺纹牙槽底面(沟底)及其中一侧面的表面质量明显进步。由加工结果可知,无论是采用刀具进给方式、由车床改装的旋风铣削装置,还是采用工件进给方式的专用丝杠加工设备,均为迎向铣刀的牙槽一侧(记为A侧)的表面加工质量明显优于相对的另一侧(记为B侧)。A侧表面光滑锃亮;B侧表面光泽不明显,用手触摸有细微粗糙感。
2
2) A侧表面粗糙度计算
如图2所示,设刀刃位于水平线OO'时为零时刻,经过期间t后,铣刀盘转过一齿,则有
wFt+wwt=1/Z
式中,wF、ww分别为铣刀和工件的转动角速度,Z为装刀数。设转速比l=wF/ww=nF/nw(nF,nw分别为铣刀和工件的转速),则可得t=1(/l+1)wwZ
图2 牙槽侧面粗糙度分析

设被加工螺纹螺距为P,则经过期间t后,刀具的轴向进给位移量为
S1=wwtP=P(/l+1)Z
与此同时,工件转过的角度为
q=2pwwt=2p(/l+1)Z
刀具下降高度为
Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
则刀具的横向位移量为
Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
则刀具的横向位移量为
S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
式中,R为丝杠直径,h为牙槽深度,b为螺旋升角。由此可得A侧表面的理论粗糙度值为
Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
3) B侧表面粗糙度计算
由于刀具加工时既有横向位移又有进给位移,因此经过期间t后,铣刀盘转过一齿时,刀具切进点的位移量为轴向进给位移与向后的横向位移之和,则B侧表面的理论粗糙度值为Rz2=S1+S2=P(/l+1)Z+2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
4) 两侧面表面质量差异分析
铣刀作轴向进给运动时,A侧面在铣刀侧刃挤压下被高速铣削。当切削速度达2000~3000r/min时,加工区火花四溅,切屑局部呈柑红色,表明该处切削温度已达800℃以上(通过计算也可得出此结论),此时金属原子热振动振幅增大,原子间键力减弱,导致工件材料的硬度和强度降低,同时切削时的弹性变形、塑性变形和摩擦力也明显减小。由于大部分切削热被切屑带走,传进工件表层的切削热很少,渗透层很薄,表面层物理力学性能的变化在答应范围内,因此A侧面的表面质量得到进步。此外,由于每齿切削厚度和进给量减小,A侧相当于在被铣削的同时也被研磨,使表面质量进一步进步。而B侧被铣削时,由于存在进给运动,刀具在该时刻已离开被铣部位,因此不存在挤压与研磨作用。可见,切削力作用形式的差异也给两侧的表面质量带来不同的影响。
根据上述计算与分析可知,由于Rz1 < Rz2,加上A、B两侧铣削作用力的不同影响,故A侧表面质量优于B侧,这与在实际加工中的观察结果一致。
高速切削、强力切削可明显进步加工效率,是现代制造技术的重要发展趋势之一。但随着切削速度的进步,在某些加工场合也带来了加工质量方面的题目。
为此,本文对旋风铣削丝杠螺纹时牙槽两侧面的表面质量进行了分析计算,并先容了旋风铣刀的设计方法。
(图一)
2 牙槽两侧面表面质量的计算与分析
1) 牙槽两侧面表面特征
旋风铣削丝杠螺纹时,当铣削速度进步到2000r/min 以上,螺纹牙槽底面(沟底)及其中一侧面的表面质量明显进步。由加工结果可知,无论是采用刀具进给方式、由车床改装的旋风铣削装置,还是采用工件进给方式的专用丝杠加工设备,均为迎向铣刀的牙槽一侧(记为A侧)的表面加工质量明显优于相对的另一侧(记为B侧)。A侧表面光滑锃亮;B侧表面光泽不明显,用手触摸有细微粗糙感。
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2) A侧表面粗糙度计算
如图2所示,设刀刃位于水平线OO'时为零时刻,经过期间t后,铣刀盘转过一齿,则有
wFt+wwt=1/Z
式中,wF、ww分别为铣刀和工件的转动角速度,Z为装刀数。设转速比l=wF/ww=nF/nw(nF,nw分别为铣刀和工件的转速),则可得t=1(/l+1)wwZ
图2 牙槽侧面粗糙度分析

设被加工螺纹螺距为P,则经过期间t后,刀具的轴向进给位移量为
S1=wwtP=P(/l+1)Z
与此同时,工件转过的角度为
q=2pwwt=2p(/l+1)Z
刀具下降高度为
Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
则刀具的横向位移量为
Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]
则刀具的横向位移量为
S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
式中,R为丝杠直径,h为牙槽深度,b为螺旋升角。由此可得A侧表面的理论粗糙度值为
Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
3) B侧表面粗糙度计算
由于刀具加工时既有横向位移又有进给位移,因此经过期间t后,铣刀盘转过一齿时,刀具切进点的位移量为轴向进给位移与向后的横向位移之和,则B侧表面的理论粗糙度值为Rz2=S1+S2=P(/l+1)Z+2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
4) 两侧面表面质量差异分析
铣刀作轴向进给运动时,A侧面在铣刀侧刃挤压下被高速铣削。当切削速度达2000~3000r/min时,加工区火花四溅,切屑局部呈柑红色,表明该处切削温度已达800℃以上(通过计算也可得出此结论),此时金属原子热振动振幅增大,原子间键力减弱,导致工件材料的硬度和强度降低,同时切削时的弹性变形、塑性变形和摩擦力也明显减小。由于大部分切削热被切屑带走,传进工件表层的切削热很少,渗透层很薄,表面层物理力学性能的变化在答应范围内,因此A侧面的表面质量得到进步。此外,由于每齿切削厚度和进给量减小,A侧相当于在被铣削的同时也被研磨,使表面质量进一步进步。而B侧被铣削时,由于存在进给运动,刀具在该时刻已离开被铣部位,因此不存在挤压与研磨作用。可见,切削力作用形式的差异也给两侧的表面质量带来不同的影响。
根据上述计算与分析可知,由于Rz1 < Rz2,加上A、B两侧铣削作用力的不同影响,故A侧表面质量优于B侧,这与在实际加工中的观察结果一致。
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