一种切削加工强制断屑方法

一种切削加工强制断屑方法
张克贵1 ,周伯华
2
1
盐城师范学院 ;
2
江苏高精机电装备有限公司
确定
(1) t 的数值确定
1 引言
在金属切削过程中 ,常用的断屑工艺主要
有改变刀具角度及断屑槽型 、采用大进给量以及变 进给量切削等 。

这些方法在实际应用过程中都具有 一定的局限性 ,尤其是在低速切削韧性好 、难断屑材 料时 ,断屑就成为一个十分棘手的难题 。

例如 ,采用 德国瓦尔特公司的 CC MT120412 - PM5 WAP30 刀片
( P M5 为断屑槽型) 进行 Q345B 材 料 零 件 的 镗 削 试
验 ,切削参数变化区间为 : 进给量 f = 012 - 016mm/ r ,切 削 速 度 V c = 30 - 150m/ min , 铣 削 余 量 为 单 边 2mm - 7mm 。

通 过 观 察 试 验 结 果 , 发 现 在 f =
0156mm/ r 时才开始有断屑现象 ; 当 f = 016mm/ r 时 ,
出现显著断屑 。

但采用 f = 0156 或 0160mm/ r 时 ,如
果刀具及被加工零件刚性不足 ,则刀具的使用寿命 将明显下降 ,此外 ,这种大进给量在实际加工中也不 太适用 。

试验结果表明 ,仅仅加大进给量或采用具 有断屑槽型的刀片不一定能完全解决断屑问题 。

而 采用变进给量断屑时 ,由于进给量的交替变化 ,加工 的工件表面粗糙度不太稳定 ,而且实现这种进给量 变化的设备或装置比较复杂 。

在长期实践基础上综 合上述断屑方法的优点并通过工艺创新 ,提出一种 切削加工强制断屑工艺 。

试验结果表明 ,在进给量“f →0 →f →0 → ” 的依次切换过程中 ,“f ”和“0”的保持时间 t 和 t 0 的 数值确定对强制断屑的实现是至关重要的 。

虽然 t 与刀具材料 、结构及被加工零件的材质等密切相关 ,
但确定了切削速度 V c 和进给量 f 之后 ,就可以在保 证切削时切屑不缠刀 、刀具及被加工零件表面不受 破坏的前提下 ,测试出刀具一次最大进给长度 L max , 然后即可通过计算确定 f 的保持时间 t :
t = L m ax / V f = 60L m ax / nf
t ———进给量 f 的保持时间 ( s )
L max ———刀具一次最大进给长度 (mm )
V f ———进给速度 (mm/ s)
n ———主轴转速 , n = 1000 V c /πD c (其中 D c 为
加工直径 , V c 为切削速度)
f ———进给量 (mm/ r )
(2) t 0 的数值确定
通过测试发现 ,当零进给量保持时间 t 0 ≈60/ n
( n 为主轴转速) 时 ,工件表面的粗糙度不受影响 ;而
当 t 0 ≥60/ n 时 ,必然会产生断屑现象 。

因此 ,我们
只需控制零进给量 ,保持时间 t 0 略长于 60/ n ,即可 实现切削加工过程中的强制断屑 ,同时保持加工表 面粗糙 度 。

这 也 是 通 过 进 给 量 按“f →0 →f →0 →
”顺序依次切换来实现切削加工强制断屑的理 论依据 。

式中 2 强制断屑工艺的实现方法
2 . 1 强制断屑工艺的实施步骤
强制断屑工艺的具体实现方法和步骤如下 :
① 选用适当角度及断屑槽型的刀具 ; ② 选择适当的进给量 ;
③ 切削过程中 ,保持进给量按“f →0 →f →0 → ”的顺序依次切换 (f 为切削时刀具的进给量 ,0 表示进给量为零) ;
④选择好进给量 f 的保持时间 t 和零进给量的 保持时间 t 0 (单位 : s ) 。

按照上述方法和步骤进行操作 ,在切削加工时 能够得到很好的断屑效果和表面加工质量 。

2 . 2 进给量“f ”和“0”保持时间 t 和 t 0 的数值
3 强制断屑工艺的实施效果
切削试验表明 ,工件单边加工余量越小 ,断屑越 容易 ; 切 削 单 边 加 工 余 量 小 于 3mm 的 难 断 屑 材 料 时 ,当 t 0 ≥60/ n 时 ,能很方便地达到断屑效果 ;精加 工状态下 ,当 t 0≈60/ n 时 ,不仅能解决断屑问题 ,还 能保证精加工的表面质量 ; 对于单边余量较大的切 削加工 , t 0 需在 60/ n 的基础上略为延长 ,才能达到 断屑效果 。

在低速切削加工中 ,由于刀具的进给速度较小 , 进给量反复切换基本不影响刀具的寿命 。

该强制断 屑工艺不需要添加任何特殊装置 ,在一般机床上即 可实现 ,具有很好的推广性和实用价值 。

收稿日期 :2008 年 9 月
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2009 年第 43 卷 №7
滑 ,刀具停止工进 。

②快进电机制动 →2 轴转动 →Z E →Z F → Z 5 → Z 6 →丝杆带动滑台工进 。

吸合制动器 ,进给速度为零 ,松开制动器为正常 进给 。

图 4 为采用双电机机械滑台或工作台实现“f → 4 应用实例
实例一 :大余量镗孔时 ,为了使刀片的加工余量 小于 3mm ,可采用分层切削方式 ,所用阶梯镗刀结构 如图 1 所示 。

该刀具粗镗孔直径 <49mm ,最大单边 切削余 量 可 达 8mm 以 上 , 4 个 刀 齿 每 个 刀 齿 切 削 2mm ,每个刀齿轴向距离 015mm ,即轴向错开距离大 于每齿进给量 。

镗削加工时 ,采用强制断屑工艺 ,切 削非常轻快 ,断屑效果好 ,排屑方便 。

0 →f →0 → ”切换的 P LC 梯形图 。

1 . 刀体
2 . 刀片
3 . 刀片螺钉
图 1
图 3
实例二 : 数控机床可通过编程来实现被加工零
件的强制断屑 。

程序示例如下 :
N110 G 01 G 91 Y 10 F80 ;加工距离 L m ax = 10mm N120 G 04 F0. 3 N130 G 01 Y 10 N140 G 04 F0. 3
;停顿时间 t 0 = 0. 3s ;加工距离 L m ax = 10mm ;停顿时间 t 0 = 0. 3s
实例三 : 采用变频电机来实现进给的机床可通 过 P LC 程序控制来实现被加工零件切削加工时的 强制断屑 。

图 2 所示为 P LC 梯形图 。

图 4
第一作者 : 张克贵 ,工程师 ,盐城师范学院 ,224002 江苏 省盐城市
国家信息中心报告认为
未来 10 年新能源投资或逾 3 万亿
国家信息中心 3 日在中国证券报发布的研究报告认为 , 预计到 2020 年 , 我 国 可 再 生 能 源 总 投 资 将 超 过 3 万 亿 元 。

未来新能源产业有望成为我国新的经济增长点 。

报告认为 ,正在制定中的新能源振兴规划将把核电 、风 电和太阳能发电作为重点发展领域 。

预计到 2020 年 , 我国 核电运行装机容量约达 8000 万千瓦 ,风电总装机容量将达 约 1. 5 亿千瓦 ,太阳能发电将达 180 万千瓦 。

要实现 2020 年 规划总目标 ,我国可再生能源总投资将超过 3 万亿元 。

报告建议 ,大力增加对新能源产业的投资 ,对新能源项 目实行项目支持 、财税和价格补贴 、成本与风险分摊机制等 多种优惠政策 ;健全新能源投融资服务体系 ,鼓励和吸引社 会资本进入可再生能源领域 ;设立新能源技术研究重大科技 专项资金 ;重视传统能源行业的改造升级 。

图 2
实例四 : 采用双电机机械滑台或工作台进给的
机床 ,实现“f →0 →f →0 → ”切换方法是 :让工进 电机工作 ,快进电机停机 ,快进电机的制动器“松开 →吸合 →松开”反复切换 。

图 3 为双电机机械滑台 (工作台) 传动原理图 。

工进时 ,输入从工进电机 → Z 3 →Z 4 →Z C →Z D →Z A →Z B (蜗杆) →蜗轮 →行星轮 架 。

①快进电机不制动 →1 轴转动 , 即快进电机打。