插齿行程对切削速度的影响- .pdf

刀具 CUTTI NGT L S 插齿行程对切削速度的影响 广东省佛山市南海诚志齿轮厂 5 2 8 2 2 2 许一帆 摘要 本文基于机械原理对插齿机 的主运动进行 分析 阐述 了插齿刀的位移和瞬时切削速度的计算 并进一步说明插齿行程 对 切 削速度 的影 响 插齿机是通 过一个 曲柄连杆 机构来 实现所需的切 削往 复运 动 见图1 为了满足不同结构齿 图 1 1 曲柄 2 连杆 3 插齿机主轴 4 插齿 刀 轮的加工 曲柄 和连 杆的长度均 可根据需 要进行调 整 显然 插 齿刀的运动是个变速运动 从上止 点运动到下止点过程中 速度由零 增至最大值后又减至为零 这与滚 齿加工存在着明显的不同 1 切 削速度的计算及其与 行程长度的关系 为 了简化 计算 很 多文 献以 切 削往复运动的平均速 度作 为平 减 小切削过程 中丝锥 与产 品内孔 壁 的接触面积 减小 了丝锥攻螺 纹时受到 的摩擦力 修正单 元的作用是对 切削锥 切 削出的不规则螺纹进 行修正 保 证螺纹大径 中径 小径及牙 型角等尺寸合格 修 正单元在攻 螺纹过程 中也会受 到很大的攻螺 纹阻 力 因此 修正单元采 用部 分铲 背 刃面后角过渡部分长 度 为0 2 mm 刃面后 角部分 的后角 制成4 5 这样设计 在保证 切 削刃刚度的 同时 也 可以有效 地减 小与螺纹牙面 的摩擦 力 达 到减小攻螺纹阻力的效果 由于钛 合金弹性模量 较小 刚切削 出的螺纹容 易出现 回弹 固化单元 的作用就是稳 固攻螺纹 攻 出的螺纹 牙型 固化单元也 为 部分铲 背 其刃面后 角过渡部分 长度为 lmm 后角过 度部分 得到 了增长 这 样可以有效地 固化 螺 纹 后角角度增大到9 1 0 可以减小摩擦力 这种设计 充分减小 了攻 螺纹 过 程中丝锥受到 的阻力 延长其 寿命 也可以很好地 保证螺纹的 修正 提高螺纹质量 3 结语 通过攻螺纹试验 数据以及分 析可以看 出 这种新型结构 的丝 锥在大长径 比钛合金 内螺纹加 工 中的运 用 在很大程度上提 高了 攻螺纹 的效率 提高 了每 支丝锥 5 6b t 参磊 棚工 棚 句 I 碍 删 上 的加 工寿命 提高 了攻 螺纹产品 的合格 率 这种新型结 构的丝锥 可以在节约加工成本 和提 高生产 效益上做 出很大贡献 同时也为 其他材料的大长径 比内螺纹攻螺 纹丝锥的选用起到指导作用 参考文献 1 李英亮 殷小健 王洪军 紧固 件盖概论 M 北京 国防工业 出版社 2 0 1 4 2 赵敏宏 挤压螺母丝锥及其应用 J 机械工人 冷加工 2 0 0 7 1 3 4 3 5 3 黄 旭 朱知寿 王红红 先 进 航空钛合金材料与应用 M 北 京 国防工业出版社 2 0 1 2 MW 收稿 日 期 2 0 1 5 0 6 3 0 均 切削速 度 计算插齿平 均切削 速度的公式如下 v 2 n L 1 0 0 0 1 式中 平均切削速度 m min 为每分钟切削往复运动行程数 为行程长度 mm 从公式 1 可以看 出 平均 速度 与行程成正 比 因此在每 分 钟行 程数不变 的前提下 只要 将 行程 长度缩短 就可以 降低 平均 速度 由于插齿 刀行程超越量 的存 在 实际的切 削区 间只占整个切 削往复行程 的一部分 因此公式 1 算得的平均切削速度与实际 的平均切 削速度存在误 差 切 削 区间与行程 的差距越 大时 误差 就会越 大 尽管如此 上述结论 还是正 确的 这是 因为要缩短行 程 必须相应减少 曲柄长度 见 图2 每 分钟 行 程数 不变 说 明曲柄转 速也不变 缩短 了的曲 柄在加 工相 同齿宽 时 需要转过 更大 的角度 就意 味着插齿 刀要 花更 多的时 间通 过相 同的切 削区 间 切削速 度 自然也就下降了 为了进一步 分析插齿 刀切 削 速 度的变化规律 根据机械 原理 有关 知识 可 以得出描述插 齿刀 运动的函数关系 1 插齿刀的行程长度 L 2 a 2 式 中 为行程 长度 mm a 为 曲柄长度 m m 2 曲柄转 角与连杆摆角的 8 口 行程 团 切削区间 图2 行程长度减少的前后对比 关 系 日 s in a b s in 3 式 中 6 为曲柄长 度 mi t t o c 为曲柄转角 6 为连杆长度 mm 为连杆摆角 3 插齿刀的位移 以下止 点作为原点 向上为正 s a 1 C O S a 1 一 C O 4 式 中 S 为位 移 mm a 为 曲 柄 长 度 mm 6 c为 曲柄转 角 6 为连 杆长 度 mm 为连杆摆 角 4 插齿 刀的瞬时速度 v 2 n n a s i n a co s a t a n f1 1 0 0 0 5 式 中 v 为瞬时速度 m min 口 为 曲柄长度 1 T lm 为每分钟 切 削往复运动行程数 a 为 曲柄转 角 为连杆摆角 通 过上述公式 便可以求 出 整个行程 中各个节点的切 削速度 和实际平均切 削速度 下面 以一 个加工实 例来进一步说 明行程 长 度对切削速度的影响 2 加工实例 本厂加工 的一个 内齿 圈 材 料为4 0 C r 有关尺寸如图3 所示 使用设备是Y5 1 5 0 D数控插 齿机 使 用 刀具 是 带 TiN涂 层 的 插 齿 刀 工艺 参数 插齿 刀越 程量为 3 mm 每分钟往复运动行程数为 3 7 5 最初 由于操作者贪图上下 工件 的方 便 将插齿行 程设置为 图 3 7 0 ram 后来 要求 将插齿 行程 减 少至3 5 mm 行程调 整前 后 切削速 度的对比如附表所示 切削速度的对比 行程长度 mm 7 0 3 5 曲柄长度 mm 3 5 l7 5 连杆长度7 mm 3 3 5 3 5 2 5 切入 8 1 1 3 5 6 切削速度 最大 8 1 1 4 1 1 1T I mi r f 切 出 3 5 0 2 3 6 实际平均 6 2 7 3 6 7 切削速度最大差值 4 6 1 l7 5 F f 1 mi n 需 要说 明的是 由于夹具 没 有改变 工件在机床位 置也就不 变 因此连杆长度相应增加 从 附 表 的数 据 可 以 看 出 减少插齿行 程后 最大 和实际 平均切 削速度大幅 降低 减少 了 刀具 的磨 损 切入 切 出速度 明显 下降 减轻切 入 切出的冲 击 切 削 速 度 的 变 化 也 变 得 相对 平缓 减少 了切削系统的振 动 3 结语 合理地 减少插齿行程 长度 可有 效降低 刀具 的切削速度 减 少切 入和切 出的冲击 延长 刀具 寿命 另一方面 由于 曲柄长 度 的减 少 在平均切 削力不变 的前 提下 也减轻 了机床的负荷 参考文献 1 齿轮制造手册 编委会 齿