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自回转机械刀具的运动及特点

发布时间:2010-04-04 点击: 次 【打印此页】【关闭窗口

摘要 介绍了自回转刀具的工作原理、运动行为、工作角度,从切削理论上分析了加工表面粗糙度和刀具耐用度。

随着现代科学技术的发展,高强度钢、高温合金、钛合金以及复合材料的应用更加广泛。这些材料的切削加工性极差,普通刀具的耐磨性已经不能满足生产的要求。优化加工条件(优选刀具材料、合理的刀具几何角度、最佳的切削用量、性能优良的切削液等)可以提高刀具的耐磨性,但是切削时的磨损本质并没有改变。采用自回转刀具,在不改变现有刀具材料,不降低切削用量的条件下,刀具耐用度得到明显提高(几倍至几十倍),而加工表面粗糙度值则明显降低(下降1~3级)。
自回转刀具的应用主要有自回转车刀、自回转铣刀和自回转刨刀,本文从分析自回转车刀的运动行为出发,并以切削理论对自回转刀具的特点予以阐明。

图1 自回转车刀工作原理 

图2 摩擦力Ft作用对速度影响
1 自回转车刀工作原理与运动行为
自回转车刀与普通车刀的结构不同,其切削部分是一个单自由度机构,即自回转车刀的刀片(切削部分)呈圆锥柱形状,刀刃可绕本身轴线回转。刀片的轴线与主运动矢量有一倾斜角ls,刀片的回转是由切削产生的相对于圆形切削刃几何轴线的切削扭矩来实现,见图1。
切削刃回转速度vt的大小取决于主运动速度v,倾斜角ls以及刀具表面上的力和刀片支承中的摩擦状态,即
vt=xv
式中,x—刀片自回转系数,一般x≤sinls,在理想支承中,不考虑刀片支承中的摩擦力影响,切削刃最佳回转速度 vt=vsinls  (1)

有效切削速度(切削刃相对加工材料上的移动速度)vn与v、vt的关系为

而在理想支承中,vn为 vn=vcosls  (2)

在理想支承中n与刀片回转轴线平行,而当刀片支承中的摩擦力Ft作用使vt减小为vt´时,相应的vn´不再与刀片回转轴线平行,见图2所示。
由速度三角形可得
Vn´=vn/cosDl  (3)

Vt´=vt(1-cotlstanDl)  (4)


这样,刀片支承中的摩擦力使vt减小,使vn增大,并且决定了刀片以自回转的最小角Dl。由此可以看出ls是自回转刀具的重要参数,根据ls的不同数值,自回转刀具切削运动具有三种特征:
保证刀片能够自回转的最小ls1,其数值由刀片支承中的摩擦系数及加工条件决定(一般ls1<7.5°)。
随着ls增大,刀片支承中的摩擦力作用减弱,会出现实际的vt与理论值相吻合时的ls2。
保证切屑正常切离工件的极限值ls3。

图3 自回转车刀的两种安装方式 

图4 自回转车刀角度关系
2 自回转车刀的几何参数
自回转刀具的ls较大,具有斜角切削的特点,其几何参数在法平面参考系中标注。


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