关于镗削加工已有许多技很不错,沈阳第一机床厂但也有一些文章存在明显的谬误。为了有效完成这种重要的内孔精加工,必须消除有关镗削的一些错误观念。
镗削是一种用刀具扩大孔或其它圆形轮廓的内径车削工艺,其应用范围一般从半粗加工到精加工,所用刀具通常为单刃镗刀(称为镗杆)。
镗刀有三个基本元件:可转位刀片、刀杆和镗座。沈阳机床配件镗座用于夹持刀杆,夹持长度通常约为刀杆直径的4倍。装有刀片的刀杆从镗座中伸出的长度称为悬伸量(镗刀的无支承部分)。悬伸量决定了镗孔的最大深度,是镗刀最重要的尺寸。悬伸量过大会造成刀杆严重挠曲,引起振颤,从而破坏工件的表面质量,还可能使刀片过早失效。这些都会降低加工效率。
对于大多数加工应用,用户都应该选用静刚度和动刚度尽可能高的镗刀。静刚度反映镗刀承受因切削力而产生挠曲的能力,动刚度则反映镗刀抑制振动的能力。
本文的第一部分主要分析镗刀的静刚度。文中资料来源于作者对镗刀挠曲的研究。镗刀的挠曲取决于刀杆材料的机械性能、刀杆直径和切削条件。
切削力
作用于镗刀上的切削力可用一个旋转测力计进行测量。沈阳机床配件被测力包括切向力、进给力和径向力。与其它两个力相比,切向力的量值最大。
切向力垂直作用于刀片的前刀面,并将镗刀向下推。需要注意,切向力作用于刀片的刀尖附近,而并非作用于刀杆的中心轴线,这一点至关重要。切向力偏离中心线产生了一个力臂(从刀杆中心线到受力点的距离),从而形成一个力矩,它会引起镗刀相对其中心线发生扭转变形。
进给力是量值第二大的力,其作用方向平行于刀杆的中心线,因此不会引起镗刀的挠曲。径向力的作用方向垂直于刀杆的中心线,它将镗刀推离被加工表面。
因此,只有切向力和径向力会使镗刀产生挠曲。已沿用了几十年的一种经验算法为:进给力和径向力的大小分别约为切向力的25%和50%。但如今,人们认为这种比例关系并非“最优算法”,因为各切削力之间的关系取决于特定的工件材料及其硬度、切削条件和刀尖圆弧半径。沈阳机床配件推荐采用以下公式来计算切向力Ft:
Ft=396000×切削深度×进给率×功率常数
加工不同工件材料时镗刀所受径向力的计算公式见表1。
表1 镗刀径向力的计算
工件材料-布氏硬度-径向力计算公式
碳钢,合金钢,不锈钢,工具钢-80~250-Fr=0.308×Ft
碳钢,合金钢,不锈钢,工具钢-250~400-Fr=0.672×Ft
球墨铸铁,灰铸铁-150~300-Fr=0.331×Ft
镗刀的挠曲
镗刀类似于一端固定(镗座夹持部分)、另一端无支承(刀杆悬伸)的悬臂梁,因此可用悬臂梁挠曲计算公式来计算镗刀的挠曲量:
y=(F×L3)/(3E×I)
式中:F为合力,L为悬伸量(单位:英寸),E为弹性模量(即刀杆材料的杨氏模量)(单位:psi,磅/平方英寸),I为刀杆的截面惯性矩(单位:英寸4)。
镗刀杆截面惯性矩的计算公式为:
I=(π×D4)/64
式中:D为镗刀杆的外径(单位:英寸)。
镗刀挠曲计算实例:
加工条件:工件材料:AISI 1045碳钢,硬度HB250; 沈阳第一机床厂切削深度:0.1″,进给量:0.008英寸/转;刀杆直径:1″,刀杆的弹性模量:E=30×106psi,刀杆的悬伸量:4″。
(1)切向力的计算
Ft=396000×切削深度×进给量×功率常数=396000×0.1×0.008×0.99=313.6 lbs
(2)径向力的计算
Fr=0.308×Ft=0.308×313.6=96.6 lbs
(3)合力的计算
F=328.1 lbs
(4)截面惯性矩的计算:
I=(π×D4)/64=0.0491 in.4
(5)镗刀挠曲的计算
y=(F×L3)/(3E×I)=0.0048″
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