鉆銑切削加工負荷分析

時間:2011-04-20 08:16:50 來源:未知

一. 銑削加工

銑削操作為使用具有一個或一個以上之切刃并繞著某一固定軸旋轉(zhuǎn)的刀具來進行切削的操作，切削時刀具固定而工件進給以完成加工。由切削所產(chǎn)生的切屑形狀可以更進一步區(qū)別出此切削操作與其他金屬切削操作不同的地方，銑削所產(chǎn)生的切屑一般都是短而不連續(xù)的碎片，在此強調(diào)的是，銑削時會產(chǎn)生不連續(xù)切屑是由于刀具的幾何形狀所造成的；而不是如車削加工一樣不連續(xù)切屑是由于切屑的破裂所產(chǎn)生的。對于大多數(shù)的銑削操作而言，未變形的切屑厚度由切屑的一端到另外一端都一直在改變，最大切屑厚度可能發(fā)生在切屑的任一端或者是在靠近切屑中央的位置，但這完全視切削過程而定。銑削時由于切屑成規(guī)則性的不連續(xù)變化，使得切削力與切削溫度也呈周期性的變化，而并非穩(wěn)定狀態(tài)。當?shù)毒咔腥牍ぜr，刀尖會受到強烈的沖擊陡震，接著是切削負載一直在改變。當?shù)毒咔腥牍ぜr，刀具表面是冷的，但是在切屑形成過程中逐漸受到加熱，當切屑形成以后又開始受到冷卻，直到下一個切入動作產(chǎn)生。刀具切入時的陡震現(xiàn)象對刀具本身的壽命很不利，而冷卻周期則是有幫助的，除非所使用的材料對于熱陡震很敏感。

切削過程中，由于切削負載是呈周期性的變化，此提供了引起工具機任一部份之振動的自然模態(tài)所需的能量，此種振動會使得表面粗度很差，而且將使刀具壽命降低。

銑削加工操作的最大優(yōu)點之一就是小而輕的刀具很容易在高速率下旋轉(zhuǎn)，以便在尺寸及形狀變化很大的工件上製造出平坦或彎曲的表面。

圖作用于銑刀和工件或銑床工作臺的切削分力圖

如圖所示為進行銑削加工時，作用于銑刀和工件或銑床工作臺的切削分力。

以動力計測出銑削負載：

作用于銑刀的切削分力
- 主切削力或圓周(切向)分力Fz：其作用于銑刀轉(zhuǎn)動的切線方向，為消耗功率的主要切削力。
- 徑向分力Fz：其作用于銑刀之徑向，與切向力Fz兩者之合力，此將造成銑刀心軸彎曲和扭轉(zhuǎn)。
- 軸向分力Fy：其作用于銑刀軸線方向，大小對于螺旋齒之圓柱銑刀來說與螺旋角β的大小有關(guān)。
作用于工件或銑床工作臺的切削分力
使用螺旋齒圓柱銑刀銑削時，F(xiàn)vh(F'xz)與銑削抗力Fz和Fx的合力Fzx大小相等，作用方向相反，而作用于工件或工作臺的切削力又可分解為以下三個分力：
- 水平分力Fh：其與銑床縱向進給轉(zhuǎn)動方向平行，作用在銑床縱向進給機構(gòu)上。
- 垂直分力Fv：其垂直于銑床工作臺。對螺旋齒圓柱銑刀銑削，F(xiàn)v是Fvh(F'xz)的分力，依銑削方式的不同，會使工件自工作臺抬起或壓向工作臺；對于端銑刀銑削，F(xiàn)v與Fy大小相等，但方向相反。
- 橫向分力Fv：其平行于銑床橫向進給轉(zhuǎn)動方向，作用于銑床橫向進給機構(gòu)。對于螺旋齒圓柱銑刀銑削而言，F(xiàn)v與Fy大小相等，方向相反；對于端銑刀銑削而言，F(xiàn)v是Fho(F'xz)的分力。

二. 鉆削加工

鉆頭是一種能夠在金屬零件上快速且容易產(chǎn)生孔的工具，其可以用于高精密鉆孔上，例如PCB鉆孔。而其由于壽命長、高穿透率而廣受青睞。

一般標準麻花鉆頭有兩個主切削刃、兩個負切削刃和一個橫刃。在切削過程中，每個切削刃所受的切削負載在理想的情況下是相互抵消的，而經(jīng)整理化簡后可將各切削負載的合成視為一個扭距Me和進給負載Ff。

根據(jù)實驗結(jié)果資料顯示，標準麻花鉆頭鉆削負載在各切削刃上之分配比例如下表一所示。由表中可得知，鉆削一般材料時，軸向負載主要來自橫刃，約佔總軸向力的57﹪；而扭矩主要主切削刃產(chǎn)生，約佔總扭矩的80﹪。 #p#分頁標題#e#鉆削負載主切削刃橫刃刃帶進給負載Ff40﹪57﹪3﹪扭矩Me78﹪10﹪12﹪標準麻花鉆頭鉆削時的進給負載

Ff(N)、鉆削扭矩和切削功率可利用以下實驗公式計算得知：
扭矩Me
Me=9.81Crd₀^XTf^YTK_T
軸向負載Ff F=9.8C_Fd₀^XFK_F

上式中，CT、CF為切削補正系數(shù)， XT、yT、XF、yF為切削指數(shù)由下表皆可得知。KT、KF為修正系數(shù)乘積，若使用新鉆頭進行鉆削，則軸向負載修正系數(shù)KF為0.9，扭矩修正系數(shù)Me為0.87；又d0表鉆頭直徑。加工材料刀具材料系數(shù)和指數(shù)軸向力力矩CFXFYFCTXTYT鋼σb＝0.637GPa高速鋼61.21.00.70.0312.00.8耐熱鋼1Cr18Ni9Ti高速鋼1431.00.70.0412.00.7灰鑄鐵190HB高速鋼42.71.00.80.0212.00.8超硬合金421.20.750.0122.20.8可鍛鑄鐵150HB高速鋼43.31.00.80.0212.00.8超硬合金32.51.20.750.012.20.8非均質(zhì)銅合金100～140HB高速鋼31.51.00.80.0122.00.8

而鉆削功率可由下式得知。 P_m=2pTn10^-10/60

式中，T為力矩，單位為N‧m；n表鉆頭或工件之轉(zhuǎn)速，單位為r / min；Pm表所求之鉆削功率，單位為kW。#p#分頁標題#e#

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