關于鏜削加工已有許多技很不錯,沈陽第一機床廠但也有一些文章存在明顯的謬誤。為了有效完成這種重要的內孔精加工,必須消除有關鏜削的一些錯誤觀念。
鏜削是一種用刀具擴大孔或其它圓形輪廓的內徑車削工藝,其應用范圍一般從半粗加工到精加工,所用刀具通常為單刃鏜刀(稱為鏜桿)。
鏜刀有三個基本元件:可轉位刀片、刀桿和鏜座。沈陽機床配件鏜座用于夾持刀桿,夾持長度通常約為刀桿直徑的4倍。裝有刀片的刀桿從鏜座中伸出的長度稱為懸伸量(鏜刀的無支承部分)。懸伸量決定了鏜孔的最大深度,是鏜刀最重要的尺寸。懸伸量過大會造成刀桿嚴重撓曲,引起振顫,從而破壞工件的表面質量,還可能使刀片過早失效。這些都會降低加工效率。
對于大多數加工應用,用戶都應該選用靜剛度和動剛度盡可能高的鏜刀。靜剛度反映鏜刀承受因切削力而產生撓曲的能力,動剛度則反映鏜刀抑制振動的能力。
本文的第一部分主要分析鏜刀的靜剛度。文中資料來源于作者對鏜刀撓曲的研究。鏜刀的撓曲取決于刀桿材料的機械性能、刀桿直徑和切削條件。
切削力
作用于鏜刀上的切削力可用一個旋轉測力計進行測量。沈陽機床配件被測力包括切向力、進給力和徑向力。與其它兩個力相比,切向力的量值最大。
切向力垂直作用于刀片的前刀面,并將鏜刀向下推。需要注意,切向力作用于刀片的刀尖附近,而并非作用于刀桿的中心軸線,這一點至關重要。切向力偏離中心線產生了一個力臂(從刀桿中心線到受力點的距離),從而形成一個力矩,它會引起鏜刀相對其中心線發生扭轉變形。
進給力是量值第二大的力,其作用方向平行于刀桿的中心線,因此不會引起鏜刀的撓曲。徑向力的作用方向垂直于刀桿的中心線,它將鏜刀推離被加工表面。
因此,只有切向力和徑向力會使鏜刀產生撓曲。已沿用了幾十年的一種經驗算法為:進給力和徑向力的大小分別約為切向力的25%和50%。但如今,人們認為這種比例關系并非“最優算法”,因為各切削力之間的關系取決于特定的工件材料及其硬度、切削條件和刀尖圓弧半徑。沈陽機床配件推薦采用以下公式來計算切向力Ft:
Ft=396000×切削深度×進給率×功率常數
加工不同工件材料時鏜刀所受徑向力的計算公式見表1。
表1 鏜刀徑向力的計算
工件材料-布氏硬度-徑向力計算公式
碳鋼,合金鋼,不銹鋼,工具鋼-80~250-Fr=0.308×Ft
碳鋼,合金鋼,不銹鋼,工具鋼-250~400-Fr=0.672×Ft
球墨鑄鐵,灰鑄鐵-150~300-Fr=0.331×Ft
鏜刀的撓曲
鏜刀類似于一端固定(鏜座夾持部分)、另一端無支承(刀桿懸伸)的懸臂梁,因此可用懸臂梁撓曲計算公式來計算鏜刀的撓曲量:
y=(F×L3)/(3E×I)
式中:F為合力,L為懸伸量(單位:英寸),E為彈性模量(即刀桿材料的楊氏模量)(單位:psi,磅/平方英寸),I為刀桿的截面慣性矩(單位:英寸4)。
鏜刀桿截面慣性矩的計算公式為:
I=(π×D4)/64
式中:D為鏜刀桿的外徑(單位:英寸)。
鏜刀撓曲計算實例:
加工條件:工件材料:AISI 1045碳鋼,硬度HB250; 沈陽第一機床廠切削深度:0.1″,進給量:0.008英寸/轉;刀桿直徑:1″,刀桿的彈性模量:E=30×106psi,刀桿的懸伸量:4″。
(1)切向力的計算
Ft=396000×切削深度×進給量×功率常數=396000×0.1×0.008×0.99=313.6 lbs
(2)徑向力的計算
Fr=0.308×Ft=0.308×313.6=96.6 lbs
(3)合力的計算
F=328.1 lbs
(4)截面慣性矩的計算:
I=(π×D4)/64=0.0491 in.4
(5)鏜刀撓曲的計算
y=(F×L3)/(3E×I)=0.0048″
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