轴向车铣理论切削力

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1、第41卷第9期机械工程学报Vol.41No.92005年9月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERINGSep.2005*轴向车铣理论切削力的研究姜增辉贾春德(沈阳理工大学高速切削工程技术中心沈阳110016)摘要：以瞬时切削面积为主要研究对象建立了瞬时切削力的计算模型，并对瞬时切削力的变化进行了仿真。结果表明，轴向车铣为多参数影响下的变切削力加工，单齿瞬时切削力在整个切削过程中都是一个变化量，且圆周刃为主切削刃，其切削力远大于端面刃。在一次完整的切削过程中，整个刀齿的瞬时切削力产生两次突变。关键词：轴向车铣切削力切削面积中图分类号：TH161*0前言

2、轴向车铣是铣刀旋转轴线与工件旋转轴线相互平行，依靠铣刀旋转运动与工件旋转运动的合成运动完成各类表面加工的一种先进金属切削加工方法。它是现代金属切削中一种以高度发达的数控技术为支撑的先进制造技术。由于其切削效率高、切屑形态好、易于实现高速切削且径向切削力小，因[1～3]图1轴向车铣铣刀上的切削区此特别适用于各种大型薄壁件的精加工。由于轴向车铣是通过铣刀旋转与工件旋转的复合运动，在类似于车床结构的机床上进行铣削加工，其整个切削系统的动力学特性完全不同于传统的车削或铣削机床，因此对轴向车铣加工理论切削力的研究就成了车铣研究领域的核心内容之一。1圆周刃与端面刃切削区的划分为研究方便，把轴向

3、车铣切削过程中铣刀刃上的切削区划分为两部分，即圆周刃切削区和端面刃切削区(图1)。同样也可在工件上划分出两个切削区，即圆周刃切削区和端面刃切削区(图2)。铣刀半径内r，圆周刃切削区的切深为ap,u(j)，圆周刃切削的切削厚度为du(j)，端面刃切削区的切深为ap,s(j)，它们都是铣刀转角j的函数，端面刃切削的切削厚度为ds，它是与铣刀转角j无关的常数。图2轴向车铣切削区示意图*国家863计划(2003AA424020)、国家“九五”科技攻关计划(96-A22-01-01)、辽宁省博士启动基金(2001102034)和沈阳理工大学博士启动基金(BS03007)资助项目。200410

4、27收到初稿，2005330收到修改稿月2005年9月姜增辉等：轴向车铣理论切削力的研究87jjj=-(9)11ba2切削啮合角度与深度的确定jjj22=+ba(10)由于j已经在式(6)中求得，因此只需求得jb1a2.1啮合角度和j就可由式(9)、(10)求得j、j。2a12依据圆周刃与端面刃是否同时参与切削可把刀齿与工件的一次啮合过程分为三个部分，它们的啮合角度依次为j、j、j(图3)。由于j角为整1233个啮合区的啮合角度，因此先求j角。3图4j和j角的计算模型12从图4的三角形ODO中可得2qsinwsink2图3一次啮合过程的三个部分=ar设OOa=，BOb=，由图3可知

5、OCR=¢，11式中q——铣刀每转过一齿，工件所转过的角度wOCr=，得1qasinw222()a-+=blRBC¢(1)k=p-arcsin2b2+=lr22(2)rBC式中R'——待加工件半径由此得q由式(1)、式(2)得asinwq2j=-arcsin2w(11)æöarR2+-22¢1a2r2lr=-ç÷(3)BCèø2a2pn式中wqw=又由于zntaRra=¢+-p(4)nw——工件转速式中ap——切削深度nt——铣刀转速由此得z——铣刀齿数2222从图4的三角形OCO2中可得2éù()R¢+r-ap+-rR¢lrBC=-êú(5)22êúëû2()Rra¢+-plCO

6、a2=Ra¢¢+-2aRcosq2由弦长公式得式中q2wab=-qqlj=arcsinBC(6)又由brsinjq22aasinl=q=arcsinBC(7)Rl¢bCO2R¢不难得到得到jj==22arcsinlBC(8)R¢sin(qqb-w)3bj=arcsin(12)r2a22Ra¢¢+--2aRcos(qqbw)前面得到了j角的计算公式，这里对j和j312角进行求解。如图4所示，得到分别把式(4)、(11)、(12)代入式(9)、(10)得88机械工程学报第41卷第9期期(Rra¢+-)sinqwæölOO12sinb1pqrsinç÷b1+arcsinjj=-+arcs

7、in2w(13)èør1br2式中lEO=12sinb1ìïj=j+arcsiníR¢sin()qq-éR¢¢22+()Rra+--p-q2bbwpëb=w+-jjïî1b21q-üïla=2sinw2R¢¢(Rra+--)cos()qqù2ý(14)OO12pwbû2ïþ2.2啮合深度如图5所示，啮合深度为apt()j=lBA=-rlAO(15)1111因此只要求得AO11就可得到啮合深度apt()j。图6圆周刃切削厚度的计算模型3.2切削深度由图7得到圆周刃切削深