五齒梳刀切削受力問(wèn)題分析
時(shí)間:2009-11-10瀏覽:354次收藏
美國(guó)PMC公司生產(chǎn)的1077型內(nèi)螺紋數(shù)控車絲機(jī)床加工石油接箍偏梯形螺紋,要求接箍螺紋應(yīng)無(wú)明顯的撕裂、刀紋、磨痕等缺陷,在完整螺紋長(zhǎng)度內(nèi)沒有破壞螺紋連續(xù)性的瑕疵。
1077型數(shù)控車絲機(jī)床是中心轉(zhuǎn)塔式四工位專用數(shù)控機(jī)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″的鋼管。切削特點(diǎn)是刀具旋轉(zhuǎn),工件不動(dòng)。采用矩形單面帶齒梳刀,刀具前角為0°,可保證較高的螺紋精度及表面光潔度,且牙形畸變誤差小。在切削中,梳刀5個(gè)齒逐個(gè)參加切削,使刀具和刀桿承受了很大的切削力,這給螺紋加工帶來(lái)了不良影響,下面就五齒梳刀切削受力這一問(wèn)題進(jìn)行分析。
1.五齒梳刀各齒的理論余量分配
石油管螺紋梳刀是一種高效成型刀具,設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是確定合理的切削圖形,一是考慮每個(gè)齒的切削負(fù)荷分配合理性;二是考慮精車齒的加工余量合理性,不論梳刀有幾個(gè)齒,最后一個(gè)都是精車齒,其切削截面應(yīng)包含一個(gè)完整的螺紋牙型,以保證螺紋齒形的幾何精度及表面光潔度。各齒的切削分配是否合理,不僅關(guān)系著梳刀壽命及斷屑效果,還會(huì)影響工件的精度及表面質(zhì)量,因此,梳刀各齒的切削分配是梳刀設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。
偏梯扣螺紋齒高為h,假設(shè)加工余量為h0。五齒梳刀的刀齒分別為第1粗車齒、第2粗車齒、第3粗車齒、第4粗車齒和成形齒。第1粗車齒加工后余量為ΔX1=h-t4;第2粗車齒加工后余量為ΔX2=t3;第3粗車齒加工后余量為ΔX3=t2;第4粗車齒加工后余量為ΔX4=t1;五齒成型齒加工完成后為全頂螺紋,齒高為h。
2.刀具在實(shí)際加工中的受力情況
在加工過(guò)程中(假設(shè)加工中刀具進(jìn)給切削,工件旋轉(zhuǎn)),刀具主要受到來(lái)自三個(gè)方面力的影響:工件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的阻力a,刀具進(jìn)給方向的切削阻力b和刀具與工件接觸方向的切削阻力c。由于來(lái)自工件旋轉(zhuǎn)方向上的阻力a和刀具進(jìn)給方向上的阻力b不會(huì)影響到螺紋的齒形加工,所以這里只考慮來(lái)自刀具與工件接觸方向(一般機(jī)床上為X軸方向)上的阻力c的影響。
3.刀具在受力情況影響下加工的變化
假設(shè)當(dāng)?shù)?粗車齒接觸工件時(shí),所受力為F1,產(chǎn)生變形量為δ1;第2粗車齒接觸工件時(shí),受力為F2,變形量為δ2;第3粗車齒接觸工件時(shí),受力為F3,變形量為δ3;第4粗車齒開始切削時(shí),受力為F4,變形量為δ4,第5齒即精車齒切削時(shí),受力為F5,變形量為δ5。當(dāng)五齒梳刀所有齒同時(shí)參加切削時(shí),受力達(dá)到平衡,不再產(chǎn)生變形。由五齒梳刀的結(jié)構(gòu)可以看出,X軸方向上的受力大多來(lái)自刀具上每個(gè)齒的頂部(即與工件最先接觸部分),所以當(dāng)?shù)?粗車齒開始切削時(shí),與第1粗車齒之間可產(chǎn)生的最大變形量為δmax2=第1粗車齒和第2粗車齒沿錐面上齒高差=t4-t3;以此類推,δmax3=t3-t2;δmax4=t2-t1;δmax5=t1。所以∑δmax=δ1+δmax2+δmax3+δmax4+δmax5=t4+δ1。因此,成形齒相對(duì)第一粗車齒的最大變量Δh=∑δmax-δ1=t4。成形齒齒高為h,則Δh+h=t4+h。第1粗車齒左側(cè)底部高為h=t5,很明顯,第1粗車齒右側(cè)齒底部分t5<t4+h,在工件上第1扣做出的斜面將無(wú)法被成形齒覆蓋,在工件第1扣上形成不完整螺紋。但隨著第2、第3、第4粗車齒和成形齒陸續(xù)切削,受力趨于平衡,變形逐漸減小,工件上的不完整螺紋在第3、第4扣上逐漸消失。由于是按照最大變形進(jìn)行計(jì)算的,所以成形齒加工后齒高不會(huì)產(chǎn)生不合格情況,實(shí)際測(cè)量也是這樣。在加工中,若工件第1、第2扣上形成不完整螺紋,則會(huì)造成管子報(bào)廢。?
根據(jù)上述分析,進(jìn)行以下的實(shí)驗(yàn):將t5<t4+h的五齒梳刀修整后,保證t5>t4+h?,則在加工中,能避免工件上前1、2扣上產(chǎn)生不完整螺紋。在實(shí)際生產(chǎn)中,加工變形是很難克服的,為使刀具更好地適應(yīng)生產(chǎn),在設(shè)計(jì)五齒梳刀時(shí),應(yīng)充分考慮第一粗車齒齒底處的影響,保證t5>t4+h。這樣的五齒梳刀將減小第1粗車齒對(duì)螺紋加工的影響,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。