刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响

4　李亚非.G C 杯形砂轮修整碟形金刚石砂轮实验研究.金刚石与磨料磨具工程,2003(10):28～30

5　阎秋生,田中宪司,庄司克雄.小直径C BN 砂轮的磨削特

性研究———砂轮修整方法及砂轮要素参数选择.制造技术与机床,1999,9

6　庄司克雄.陶瓷结合剂金刚石砂轮的修整研究Ⅲ(1).金

刚石与磨料磨具工程,1993(1)

第一作者:于晓娟,硕士研究生,北京理工大学机械与车辆工程学院,100081北京市

收稿日期:2004年10月

刀具后刀面磨损量对切削力及加工表面粗糙度的影响

吴泽群　刘亚俊　汤　勇　陈　平

华南理工大学

摘　要:通过切削试验探索了在相同的工件材料、刀具材料、切削参数(切削深度、进给量)和不同的刀具磨损状态(后刀面磨损量)下,刀具后刀面磨损量(VB )对切削过程中的切削力及工件表面粗糙度的影响,并对这些影响的产生机理进行了讨论。

关键词:后刀面磨损量,　切削力,　表面粗糙度

E ffect of Tool Flank Wear on Cutting Force and Surface R oughness

Wu Z equn Liu Y ajun T ang Y ong et al

Abstract :The effect of the tool flank wear (VB )on the cutting force and the sur face roughness is studied ,basing on the ex 2periments with the same w orkpiece materials ,same tool materials ,same cutting parameters (depth of cut ,feed rate )and different tool conditions (focusing on different tool flank wears ).The mechanism production of these effects is als o discussed.

K eyw ords :tool flank wear ,　cutting force ,　sur face roughness

1　引言

切削力是描述切削过程的一个基本参数。近年来,随着加工过程自动控制技术的发展,切削力已成为适应和控制切削过程的一个重要反馈参数。切削力的变化直接决定着切削热的产生、分布,并影响刀具的磨损状况和使用寿命,进而影响零件被加工表面的加工精度和已加工表面质量。

影响切削力的因素有很多,诸如车床的转速、切削深度、进给量、后刀面磨损量等。刀具的磨损量不仅对切削力的大小有影响,而且在金属的切削过程中,刀具的磨损与破损是影响加工零件精度和表面质量的重要因素,严重的刀具磨损还会引起切削颤振,损坏机床、刀具、工件等。

国内外对切削力影响因素的研究大多数都着眼于车床转速、切削深度等参数的选择,对刀具磨损对切削力影响的研究相对较少,而且有关刀具磨损对工件表面质量影响的研究也不多,因此,研究刀具磨损对切削力和表面粗糙度的影响具有一定的现实意义。

2　切削试验

211　试验条件

(1)试验设备:C M6140车床;

刀具材料:硬质合金Y W ;

被切削材料:45钢;(2)测量仪器:K istler 9441测力仪、K istler 5019A 多通道放大器、TR200粗糙度仪

。

图1　试验系统

212　试验参数的选择

刀具后刀面磨损量VB 是刀具磨损的重要指标之一。在一定范围内选择VB 的六个值,分别为0(未磨损的)、011mm 、012mm 、013mm 、014mm 、015mm

。

图2　后刀面磨损量VB

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32005年第39卷№5

3　后刀面磨损量对切削力的影响

切削过程中的切削力包括两部分:一是切削力的静态分量,也就是切削力的平均值,它是切削变形所必需的力;二是切削力的动态分量,表现为围绕切削力平均力的上下波动[1]。

为了验证切削力与后刀面磨损量(VB )的关系,在切削试验过程中保持其它切削参数固定不变:主轴转速n =400r/min ,进给量f =0105mm/r ,切削深度a p =014mm ;采样频率为50000H z ,采样数为9000,放大倍数为50。

(1)试验结果

通过试验得到切削力静态分量的变化见表1和图

3。

表1　试验结果

试验号123456磨损量(mm )00.10.20.30.40.5静态分量(N )

34.35

41.85

51.75

56

73.5

195.15

图3　磨损量与静态切削力的关系曲线图

从试验结果可以看出,在后刀面磨损量较小

(VB <014mm )时,切削过程中的切削力静态分量和

VB 基本上呈线性关系,即随着磨损量的增大而增

加;但随着VB 的进一步增大(VB >014mm ),切削力静态分量急剧上升。

(2)理论分析

由于刀具后刀面发生磨损以后改变了刀具与工件之间的接触方式,由理论上的线接触变为面接触[2],这样就使得后刀面与工件之间的摩擦力加大、吃刀抗力增大,反映在切削力方向上便是切削力增大;随着刀具磨损量的不断增大,摩擦将继续加剧,因而切削力也将不断增大[3]。这就是说,切削力静态分量具有正比于刀具后刀面磨损量的特性。 4　后刀面磨损量对加工表面粗糙度的

影响

通过切削试验得出刀具的后刀面磨损量(VB )

与工件表面粗糙度的关系

(见表2和图4)

。

表2　试验结果

试验号12345磨损量(mm )00.10.20.30.4表面粗糙度(μm )

3.398

2.947

3.303

2.516

3.505

图4　磨损量与表面粗糙度的关系曲线图

图5　粗糙度变化幅度曲线图

从试验结果可以看出,工件表面的粗糙度随着

后刀面磨损量的增大在一定的范围内起伏变化,同时由于磨损量的增大使得粗糙度的变化幅度加大(见图5)。这是由于表面粗糙度变化幅度的大小与系统的振动有关,而振动又是由系统的不稳定造成的。在切削过程中,刀具的磨损分为三个阶段:初期磨损、正常磨损和剧烈磨损。由于刀具表面难免存在一些毛刺和不规则的微凸体、微裂痕等,所以在切削的开始阶段,磨损比较剧烈,这就造成了系统的振动较大,表面粗糙度变化幅度也大;随着进入正常磨损,磨损率减小,切削过程比较平稳,因此表现为表面粗糙度变化幅度减小;随着磨损量的增大,刀具进入剧烈磨损阶段,刀具后刀面磨损率急剧上升,系统又趋向于不稳定,振动随之增大,加工表面粗糙度的变化幅度也急剧上升。 5　结论

(1)在一定的磨损范围内,切削力的静态分量随

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3工具技术