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立铣刀螺旋角大小对切削性能的影响

发布日期2011-11-30 09:57:01点击:4346

 立铣刀螺旋角大小对切削性能的影响

1螺旋刃立铣刀的基本特性与问题的提出立铣刀的基本刃口形状(螺旋槽形状)有直形和螺旋形两种 .由于螺旋刃立铣刀相对于直刃具有切削轻快、平稳、效率高和使用范围广等优点,因此在铣削加 工中得到了广泛应用.根据加工设备和加工对象的不同要求,螺旋刃立铣刀有左刃、右刃和左螺旋 、右螺旋之分的4种不同组合〔1〕,其中左刃左螺旋和右刃右螺旋在加工中的轴向切削阻力有把 立铣刀从刀夹中拔出的趋势,需采用拉紧螺栓克服轴向切削阻力.而左刃右螺旋和右刃左螺旋的轴 向切削阻力刚好把立铣刀压向夹头方,故多采用锥柄加扁尾,以适应大功率切削.因为右刃右螺旋 立铣刀可让切屑沿排屑槽向柄部排出,易保证切削的平稳进行,符合机床主轴旋向标准,在高性能 夹头的支持下装卸方便,所以,其使用范围最广,使用量最大.实际应用中的螺旋刃立铣刀,其螺 旋角通常在30°~45°.在刀具原理、设计和应用技术领域,根据工件材料、刀具材料及切削 加工诸参数的不同,有关螺旋刃立铣刀的切削力、扭矩、切削功率及前角、后角等主要刀具角度的 设计计算公式、实验数据与使用经验等资料很多,但有关螺旋角大小与立铣刀加工性能的讨论和资 料介绍很少.一般认为,螺旋刃立铣刀的螺旋角β就是刃倾角λs,但有关刃倾角的介绍和讨论主 要以车削加工为主线展开,而铣削和车削毕竟有许多不同之处,因此不可能完全适用.对铣削而言 ,通常认为较大的螺旋角可以增加同时工作的齿数,减少铣削过程中的冲击和增加其平稳性〔2〕 ,并使立铣刀刀刃锋利、实际前角增大.除此之外,螺旋角的大小对立铣刀的性能究竟还会产生什 么样的影响呢?刀具角度之间是相互联系和影响的.不妨首先通过实验和实际加工例,取得初步认 识和相关知识,为进一步的深入探讨做准备.2螺旋角与2刃立铣刀铣槽实验实验在立式加工中心 上进行.采用直径12mm的不同螺旋角的2刃立铣刀,铣宽度×高度为12mm×12mm的 槽,并以加工后槽的底面为基准,测量槽的两侧面的垂直度误差(侧面最大变形量ΔX),通过比 较误差值的大小来评价螺旋角大小对立铣刀铣槽时加工精度的影响.被切削材料为硬度28HRC 的碳素钢.实验中各刀具的切削参数统一为:进给速度50mm/min,切削速度29m/mi n,吃刀深度12mm.切削中冷却液选用油性.实验结果如图1所示.图1螺旋角与铣槽时的加 工精度图2铣侧面时的螺旋角与加工精度从实验结果可以看出:(1)逆铣侧总是出现过切,而与 之相反,顺铣侧总是出现漏切,且过切量和漏切量的最大点在立铣刀伸出最远处.这一点符合逆铣 、顺铣时的刀具变形规律和刀具伸出长度的变形规律.(2)立铣刀的螺旋角小于30°前,不管 是顺铣侧还是逆铣侧,垂直度误差值都随螺旋角的增大而增大.螺旋角大于40°以后,又随螺旋 角的增大而变小.因此,可以认为立铣刀有较小的螺旋角或有较大的螺旋角时,其铣槽加工的形状 精度高.(3)从加工精度看,在螺旋角为0,即切削刃为直刃时精度最高.但从立铣刀螺旋角的 基本特性可知,这时完全呈断续切削,切削冲击力大,对刀具本身的制作精度要求高,加工精度对 刀具本身精度的依赖性很强,刀具的使用寿命短.所以,实际应用中应根据具体情况辩证地考虑. 3螺旋角与4刃立铣刀铣侧面实验在立式加工中心上,用螺旋角分别为30°和55°度的4刃立 铣刀铣侧面,比较两种立铣刀随切削宽度(径向吃刀量)的变化对加工精度的影响.立铣刀直径为 25mm,被切削材料为硬度94HRB的45号钢.切削全部采用顺铣方式和干式切削.切削 参数统一为:进给速度100mm/min,切削速度26m/min,切削深度38mm.加工 后所测得的垂直度误差、平面度误差和表面粗糙度值如图2所示.可以看出,在切削宽度不是特别 大时,55°的大螺旋角立铣刀比30°螺旋角立铣刀的加工精度高.这一点与图1的铣槽实验结 果相吻合.分析其原因,可以认为这是由于当切削宽度较小时,螺旋角较大的立铣刀实际前角大, 刃口锋利,切入性好;切向切削阻力小,减小能量消耗和刀具变形,切削轻快;切削刃与被切削面 的接触点多,使立铣刀切入和切出时比较平稳,切削阻力的波动小,减弱了加工中对立铣刀的振动 激励等因素的综合效应所致.4螺旋角特性的归纳(1)螺旋角与切削阻力:切向切削阻力随螺旋 角的增大而减小,轴向切削阻力随螺旋角的增大而增大.(2)螺旋角与前角:螺旋角的增大使立 铣刀实际前角增大,刃口更加锋利.(3)螺旋角与被加工面精度:一般被加工面的垂直度和平面 度公差值随螺旋角的增大而增加,但螺旋角大于40°以后反而随螺旋角的增大而呈减小趋势.( 4)螺旋角与刀具寿命:圆周刃刃带的磨损速度与螺旋角大小基本成正比;另一方面,当螺旋角很 小时,轻微的刀具磨损也将明显降低刀具的切削性能,引起振动,使刀具无法继续使用.当螺旋角 过大时,刀具刚性变差,寿命减低.(5)螺旋角与被切削材料:加工硬度低的软质材料时,用大 螺旋角,以增大前角,提高刃口的锋利性;加工硬度高的硬质材料时,用小螺旋角,以减小前角, 提高刃口的刚性.5结束语螺旋角是螺旋刃立铣刀的主要参数之一,螺旋角大小的改变对刀具的切 削加工性能有很大影响.随着数控加工技术和柔性制造技术的发展,在刀具制造工艺上改变螺旋角 的大小已成为可能和非常简便.如果进一步深入研究螺旋角大小对螺旋刃立铣刀切削性能的各种影 响,在制造和选用螺旋刃立铣刀时,结合机床和工装卡具的性能,根据被加工材料的性能及加工精 度、加工效率以及刀具材料和刀具寿命等因素综合考虑,优化螺旋角的大小,无疑会对促进高效、 高精铣削加工起重要作用.

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