做和五齿梳刀切削受力问题分析
五齿梳刀切削受力问题分析
美国PMC公司生产的1077型内螺纹数控车丝机床加工石油接箍偏梯形螺纹,要求接箍螺纹应无明显的撕裂、刀纹、磨痕等缺陷,在完整螺纹长度内没有破坏螺纹连续性的瑕疵。?
1077型数控车丝机床是中心转塔式四工位专用数控机床,由一把梳刀一次成形。加工效率和精度高,可加工尺寸4 1/2″~10 3/4″的钢管。切削特点是刀具旋转,工件不动。采用矩形单面带齿梳刀,刀具前角为0°,可”保证较高的螺纹精度及表面光洁度,且牙形畸变误差小。在切削中,梳刀5个齿逐个参加切削,使刀具和刀杆承受了很大的切削力,这给螺纹加工带来了不良影响,下面就五齿梳刀切削受力这一问题进行分析。
1.五齿梳刀各齿的理论余量分配
石油管螺纹梳刀是一种高效成型刀具,设计中的一个关键环节是确定合理的切削图形,一是考虑每个齿的切削负荷分配合理性;二是考虑精车齿的加工余量合理性,不论梳刀有几个齿,最后一个都是精车齿,其切削中间标准按车上状态或功能上类似的状态安装夹紧截面应包含一个完整的螺纹牙型,以保证螺纹齿形的几何精度及表面光洁度。各齿的切削分配是否合理,不仅关系着梳刀寿命及断屑效果,还会影响工件的精度及表面质量,因此,梳刀各齿的切削分配是梳刀设计中的关键。
偏梯扣螺纹齿高为h,假设加工余量为h0。五齿梳刀的刀齿分别为第1粗车齿、第2粗车齿、第3粗车齿、第4粗车齿和成形齿。第1粗车齿加工后余量为ΔX1=h-t4;第2粗车齿加工后余量为ΔX2=t3;第3粗车齿加工后余量为ΔX3=t2;第4粗车齿加工后余量为ΔX4=t1;五齿成型齿加工完成后为全顶螺纹,齿高为h。
2.刀具在实际加工中的受力情况?
在加工过程中(假设加工中刀具进给切削,工件旋转),刀具主要受到来自三个方面力的影响:工件逆时针旋转方向的阻力a,刀具进给方向的切削阻力b和刀具与工件接触方向的切削阻力c。由于来自工件旋转方向上的阻力a和刀具进给方向上的阻力b不会影因此本系统具有精度高响到螺纹的齿形加工,所以这里只考虑来自刀具与工件接触方向(一般机床上为X轴方向)上的阻力c的影响。
3.实验机周围应留有不小于 0.7m 的空间刀具在受力情况影响下加工的变化
假设当第1粗车齿接触工件时,所受力为F1,产生变形量为δ1;第2粗车齿接触工件时,受力为F2,变形量为δ2;第3粗车齿接触工件时,受力为F3,变形量为δ3;第4粗车齿开始切削时,受力为F4,变形量为δ4,第5齿即精车齿切削时,受力为F5,变形量为δ5。当五齿梳刀所有齿同时参加切削时,受力达到平衡,不再产生变形。由五齿梳刀的结构可以看出,X轴方向上的受力大多来自刀具上每个齿的顶部(即与工件最先接触部分),所以当第2粗车齿开始切削时,与第1粗车齿之间可产生的最大变形量为δmax2=第1粗车齿和第2粗车齿沿锥面上齿高差=t4-t3;以此类推,δmax3=t3-t2;δmax4=t2-t1;δmax5=t1。所以∑δmax=δ1+δmax2+δmax3+δmax4+δmax5=t4+δ1。因此,成形齿相对第一粗车齿的最大变量Δh=∑δmax-δ1=t4。成形齿齿高为h,则Δh+h=t4+h。第1粗车齿左侧底部高为h=t5,很明显,第1粗车齿右侧齿底部分t5<t4+h,在工件上第1扣做出的斜面将无法被成形齿覆盖,在工件第1扣上形成不完整螺纹。但随着第2、第3、第4粗车齿和成形齿陆续切削,受力趋于平衡,变形逐渐减小,工件上的不完整螺纹在第3、第4扣上逐渐消失。由于是按照最大变形进行计算的,所以成形齿加工后齿高不会产生不合格情况,实际测量也是这样。在加工中,若工件第1、第2扣上形成不完整螺纹,则会造成管子报废。?
根据上述分析,进行以下的实验:将t5<t4+h的五齿梳刀修整后,保证t5>t4+h?,则在加工中,能避免工件上前1、2扣上产生不完整螺纹。
在实际生产中,加工变形是很难克服的,为使刀具更好地适应生产,在设计五齿梳刀时,应充分考虑第一粗车齿齿底处的影响,保证t5>t4+h。这样的五齿梳刀将减小第1粗车齿对螺纹加工的影响,从而提高产品质量。
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