[2017年整理]螺纹铣削切削力模型

《[2017年整理]螺纹铣削切削力模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[2017年整理]螺纹铣削切削力模型（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、本科毕业设计（论文）外文翻译译文学生姓名： 王晶 院 （系）： 机械工程学院 专业班级： 机械 1004班 指导教师： 于洋 完成日期： 20 年 月 日 西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文1螺纹铣削切削力模型Anna Carla Araujo a ,Jose Luis Silveira a, Martin B.G. Jun b,Shiv G. Kapoor b, Richard Devor b,*摘要：本文主要介绍了预测螺纹铣削力的机理模型。切螺纹铣削的力学分析类似于端铣工艺，但采用了改良切削刃的几何形状。切屑厚度和切割力模型的开发是基于工具的独特几何形状进行的。该模型已校准了

2、 6061 铝并得到验证。使用该模型对工具和螺纹几何形状的影响进行了研究。关键词：螺纹铣削；机理模型；力预测1 前言在工件上的线程可以在各种不同的方式来生产，它应用了以下两个基本原理：塑性加工和金属切削。虽然由塑性变形产生的线程通常较强，螺纹成型工艺在许多应用方面无法达到高准确度和高精密度的需求。此外，利用脆性材料制成的螺纹是不能由塑性加工产生的.为线程生成在这类应用的另一种方法是螺纹切削 1。常见的切削过程有内部线程生成切割攻丝和螺纹铣 2。而攻丝需要工具的直径是相同的，一个螺纹磨可以在孔直径大于该工具产生的内螺纹 3。螺纹铣削的这种多功能性使得当不同的直径需要带螺纹时允许使消除换刀。螺纹铣

3、削也通常可以提供更高的精度，可以实现更大的速度比攻 4,5 。此外，螺纹铣削和攻丝相比提供了更好的排屑，从而减少了由于切屑堵塞引起的刀具磨损，同时也增加摩擦力。但是，在更广泛的基础上促进该过程仍需要了解此过程和在螺纹铣削上提高工作效率和螺纹质量的可能性。一些模型已经被开发用于创建线性攻丝 6-9。坎波马内斯 10开发了一种力模型与粗加工立铣刀，它们具有类似的几何形状， 。此外， Altintas 和 Merdol 11通过拟合锯齿形凹槽设计与三次样条开发了切削力模型的锯齿形螺旋立铣刀。然而，这些力模型并不适用于螺纹铣削，因为过程的几何形状和刀具几何形状是不同的。目前没有记录已开发调查螺纹铣削过

4、程的力模型，很少有人知道的螺纹铣削加工的切削特性。本文的目标是开发可用于理解螺纹铣削过程的螺纹铣削力模型，以提高工艺性能。该切屑厚度模型来整合沿着切割工具的不同径向深度由于线程和刀具跳动的影西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文2响。该刀具被认为是具有螺纹切削刃的端铣刀。切削力模型是用机械方法开发的。本文的结构如下。首先描述螺纹铣削加工的独特性和切屑厚度并开发介绍切削力模型。特定切削能量的校准用于垂直和螺旋工具，其次是模型验证。然后，研究了刀具几何形状（即螺旋角和螺纹角）对工艺性能的影响。2 螺纹铣削过程模型的建立2.1 运动过程和刀具形状螺纹铣削的加工过程可分为五个阶段，如图 1。

5、第一阶段涉及到将刀具定位到与孔的中心轴线对齐，然后降低刀具插入位置开始铣削螺纹。一旦该刀具定位了，并在规定的转速下旋转，刀以规定的进给率径向移动到工件，切削适当的径向深度。第三阶段中，刀具以给定的螺旋进给旋转一整圈来移动孔。在生成的线程的数量 ，此转生成的螺纹数目与工件上的螺纹数相一致。如果生成孔全部深度的螺纹要几个步骤实现，重复步骤 1-3，直到产生所有螺纹。 一旦螺纹生成，刀具移回至孔（第四阶段）的中心。最后，刀具退出孔。刀具的几何形状如图 2（a）所示，显示了螺旋角 和前角 。刀具的外径用h表示，螺纹内刀具的内径用表示 。螺纹的几何形状如图 2（b）所示。螺纹的特edid征用螺旋角 、螺

6、距 p 和螺纹高度 h 表示。图 1 螺纹铣削过程螺纹铣削刀具可以被分析为堆叠的盘状物，1，.， ，其中，每个盘状物的zN西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文3厚度是Z 和可变直径是 ，如图 2（a）所示。可变直径可写成从工具的底部测()zd得的盘的高度 z 的函数，螺距 p 如 12所示。（1）zz() zz2(nt)nta(t)tn2izedp 如 果 是 奇 数 如 果 是 偶 数当 给出时 （2）znttpz整 数 部 分如后面所示，沿着刀具的盘直径变化引起每个盘状物径向切削深度的变化。排屑槽之间的角度取决于槽的数量 ，且有刀具几何形状定义为：fN（3）2pfN2.2 切削

7、机理Tlusty13引入了刀具与工件之间的接触界面的概念。他展现出两种不同类型的切割（I 型和 II 型） ，这取决于切割（轴向和径向）的深度。最近，Yang 等人 14引入了低轴向和减小高径向深度的第三种类型的切割（III 型） 。在螺纹铣削中，与刀具直径比较，相关的径向切削深度较小，所以 III 型切割不在本文考虑。图 3 显示了接触面的螺纹铣削刀具为（a）第 I 类型及（ b）第 I 类型切割，其中 b 是轴向深度切割 e 径向深度切割。一个槽的作用被投影在一个平面上，该平面是未折叠（展开） ，如图 3 所示。切削刃是倾斜与 的直线，并从左侧移动到右侧。h整个切割操作可以根据切削刃与工件

8、的接触长度分为三个阶段。各相的限制是 ，n其中下标 n 是取决于不同阶段的，从 1 开始变化。对于第一类型切割，在阶段 A 中切削刃的长度从 0 增加至最大深度 b，且转动角 从进入角 变化到 ，定义为：1en2（4）tanhebd在阶段 B 中，与工件接触切削刃的长度保持恒定，且 变从 变化至进入角。由于刀具是走出工件的，切削刃长度逐渐减小（C 阶段） ，当 大于3()ex时，该刀具完全脱离工件。4西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文4图 2 螺纹铣削几何形状 （a）刀具几何形状 （b）螺纹几何形状循环阶段 A 到 C 略有不同，由于大比例的轴向切削深度 b 和径向切削深度 e，

9、如图 3 中切削类型 II 所示。在这个周期中， 在相位 A( )的边缘达到进入角 ，2x当 仍小于 时，这就意味着，在切削刃的尖端到达工件之前切削刃的底部到达工ex件。因此，当 时的过程为类型 I，当 时为类型 II。注意，图 3 示出exexn的相位 在类型一和类型二中不同。n切削刃上的 P 点的位置角度表示为 （图 4） ，并且角度跨度为 到 ，即( if。同时， 和 值得变化取决于不同阶段和切削的类型。如后面所示，ifif给定切削条件下 和 值对估算切屑的厚度很重要。阶段 A-C 中 和 值如表 1if if所示。(a)（b）图 3 剪切类型 I（a） 、类型 II（b ）的接触面西安

10、石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文5表 1 阶段 A-C 中 和 的值if阶段类型 Ii f类型 IIif-阶段 A12阶段 B23阶段 C34enexenex2.3 切屑厚度和切削力模型一旦刀具以径向切削深度进入工件时，螺纹铣削过程中涉及到刀具主轴轴线旋转和 z 轴方向上的进给运动。因此，刀具遵循螺旋形轨迹，即图 5（a ）上的点 P。然而，要建立和验证模型，该过程要通过图 5（a）给出的刀具-工具曲线路径简化，忽略 z 方向上的运动，例如类似图 5（b）所示铣削过程中刀具沿着 x 轴的线性运动。这种简化是该过程的一个很好的近似相比，因为与切割速度相比，z 轴的速度较小，且孔的曲率

11、半径与切屑厚度相比较大。图 4 剪切类型 I（a） 、类型 II 的角尖端跨度总切割力，可以计算求和沿刀具与工件接触面每个盘状物上的自然力，例如从 到 （图 4） 。 到 的值要求进入角 和退出角 。因为对于螺纹铣削过if if enex程中 =0。螺纹的切削刃的直径变化如公式（1）给出。直径的变化导致了径向切en削深度的变化，因此退出角可以写作：（5）1()cos2iexdz跳动的存在，每一凹槽以不同的旋转半径（RC）旋转。跳动的特征在于平行轴参数偏移跳动 和其定位角度升 ，其中 是从主轴轴线到刀具轴线距离， 是任意凹槽西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文6和跳动的方向之间的夹角

12、。因为每个盘状物具有不同的直径，第 n 个凹槽与第 i 个盘状物的直径被定义为：（6）22() cos1c pdzdzRn nt 时间的切削厚度可以写作:（7）,;misin(,;)()ct ccitftRjm 1,.fN是每个齿的进给量，切削刃旋转角度 可写作：tf ,;nit（8）2()ta(,;)(1)hn peziit d如果 ，给定的切削刃进入工件。,;inft机械建模方法是采取类似于在 【15】 中给出的切削力模型。每个盘状物的元素可表达为： （9）(,;)(,;)cos(,;)(,;)sin(,;t)zxtcnrcfiKiitzKt（10）ot（11）(,;)(,;)xzcfin

13、ti图 5 走到参数 (a)螺纹铣削过程（b）切削厚度模型简化过程、 、 分别是切削、半径、轴向的特定切削参数。它们可表达为每个齿tKrz的进给量 的函数，主轴速度 是：tf（12）012ln()ln()l(),t tf（13）rtbb（14）012l()l()l().ztKcfc西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文7系数 对于特定刀具-工件材料组合是长量。它们可以从012012012,abc一系列实验校核中获得 15。总的切削力通过个元素力之和获得：（15）1()(,;)fzNxxinFtit（16）1()(,;)fzyyintit（17）1()(,;).fzNzinFtit3

14、模型校正3.1 实验建立与校正为了获得 6061 铝和两种刀具（直线和螺旋）的校核系数，在森精机 TV30 数控铣削中心进行了一系列实验。一台 Kistler 四轴测力仪用于记录力信号。LabView 软件用于采集数据。实验是用尺寸为 的直线或螺旋标准螺纹铣刀进行的。该10.5M实验装置的进一步细节可以在 16中找到。由于螺旋角的值不易从制造商获得，螺旋角 可以通过测量间隙角 来测量，h如图 6 所示。图 6 的图像采取了使用了松下的光学视频探头（KR-222 ）的布朗和夏普赛尔三坐标测量机。一旦得到角 ，螺纹角可用以下公式获得：（18）arctnihdp式中 di 是螺纹铣刀的内径， p 是

15、螺纹的螺距。刀具的螺旋角被认为是 25，直径 di是 4.75 毫米。径向跳动 和其定位角度升 是使用具有 200 纳米分辨率的狮子精密电容式传感器测量的，按 17给定的方法测量。径向跳动和定位角度升的值在直刀具中分别是 1.4 微米和 210，在螺旋刀具中分别是 2.5 微米和 310。西安石油大学本科毕业设计( 论文) 外文翻译译文8图 6 实验测量螺旋角实验过程中主轴转速和每齿进给的设计变量为 2 的平方，且设计采用 6061 铝合金作为加工材料进行。主轴转速的最低值和最高值分别为 1000 和 2000 转和每齿进给分别为 0.01 毫米和 0.02 毫米。具体的切削能量在校准试验的四条边界点进行了测定和校准系数是用最小二乘法得到的。直刀具的切削能量是每齿的进给和主轴转速的函数，是：（19）ln()8.6370.12ln()0.683ln(),t tKf（20）.95.8