本文介紹了裝有CBN刀片SPRT車刀。作者曾對(duì)這種刀具滾切速度、切削力、切削溫度僚祷、加工質(zhì)量、刀具磨損等方面進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)贮缕。結(jié)果表明辙谜，裝CBN刀片SPRT車刀不僅可以用很高速度(190～250m/min)加工淬火鋼(HRC50～55)，而且可保持很長刀具耐用度(VB＝0.01~0.02mm/h)感昼。因而刀具磨損已經(jīng)不CBN-SPRT使用主要矛盾装哆。研究結(jié)果同時(shí)表明，加工表面波紋度成為影響加工質(zhì)量主要因素抑诸，不適當(dāng)加工條件會(huì)加大表面波紋友移。本文針對(duì)各種因素對(duì)加工波紋影響進(jìn)行了更為深入探討。1刀桿設(shè)計(jì)根據(jù)以往研究玷仗，滾切加工2個(gè)主要問題刀片旋轉(zhuǎn)所引起附加誤差較大徑向力所誘發(fā)振動(dòng)。因此撒肉，刀軸軸承轉(zhuǎn)動(dòng)精度刀桿剛性就成為SPRT刀桿設(shè)計(jì)重點(diǎn)仅犬。對(duì)于CBN-SPRT設(shè)計(jì)，由于刀片無孔無后角实腹，所以給刀具制作帶來更多問題案哄，迄今所發(fā)表關(guān)于各種滾切刀桿設(shè)計(jì)文章未涉及這一情況。本文CBN-SPRT要用于實(shí)驗(yàn)滥诀，刀桿還應(yīng)具有可調(diào)幾何參數(shù)沐亏，以探討不同幾何參數(shù)對(duì)切削性影響。

    滾切刀具上裝有圓形刀片婴可，切削過程圓形刀片繞自身軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)耸挟。當(dāng)?shù)镀D(zhuǎn)動(dòng)由專用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，稱為驅(qū)動(dòng)式滾切刀具(Drivingrotarytool或DRT)蠕祟；當(dāng)?shù)镀D(zhuǎn)動(dòng)由切削運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)時(shí)稱為自滾切刀具(Self-propelledrotarytool或SPRT)卿捎。自滾切刀具切削刃必須具有一定刃傾角(e)，以產(chǎn)生沿刀刃切向速度分量vt径密，帶動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)(圖1)午阵。SPRT主要優(yōu)點(diǎn)能夠極大提高刀具耐用度，因此SPRT適宜于加工難加工材料享扔，此情況下刀具耐用度可提高30～100倍底桂。雖然SPRT工業(yè)上已有應(yīng)用，有些設(shè)計(jì)已獲專利惧眠，但由有文獻(xiàn)告訴我們籽懦，SPRT上采用刀具材料尚僅限于高速鋼硬質(zhì)合金于个，超硬刀具材料如CBNPCD尚未用于這一領(lǐng)域。
 
    考慮到以上各種要求猫十，所設(shè)計(jì)刀桿具有下列特點(diǎn)：

    當(dāng)使用無后角刀片時(shí)览濒，刀桿除了能設(shè)置刃傾角e外還能夠設(shè)置負(fù)前角d，以便后刀面加工表面間形成后角拖云，如圖2贷笛。本文所介紹刀桿上設(shè)計(jì)了前角架傾角架，使得前角刃傾角連續(xù)可調(diào)宙项，見圖3石被。前角架傾角架可繞相互垂直空間軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，軸線刀尖處相交定岳，以使前角刃傾角調(diào)整不影響刀尖高度低吠。為了將刀桿受力變形減到最小，刀桿采用了緊湊結(jié)構(gòu)以提高剛性池膜。

    車削實(shí)驗(yàn)C620-1型車床上進(jìn)行非淹，全部實(shí)驗(yàn)為干切削，具體實(shí)驗(yàn)條件如下：刀具及工件材料刀具材料BZN-6000CBN圓刀片盘称，直徑分別為?9.5周讯，?12.7，?23兔阿。工件材料為55鋼(GB699-88)奔沐，淬火硬度為HRC50～55。試件心鉆有50mm直徑通孔蜕逾，以提高淬透性碘展，整個(gè)截面上獲得均勻硬度。

    波紋度測量裝置表面波紋度定義為一種表面紋理挑庶，其上疊加有表面粗糙度輪廓言秸。但標(biāo)準(zhǔn)并未提供波紋度測量方法。本項(xiàng)目采用了千分表進(jìn)行測量挠羔。千分表固定刀臺(tái)上井仰，見圖4，并沿工件表面移動(dòng)破加，5mm采樣長度內(nèi)峰谷值作為波紋度數(shù)據(jù)俱恶。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重復(fù)測量減小隨機(jī)誤差，以重復(fù)測量平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果范舀。

    切削參數(shù)改變前角合是、刃傾角、切削速度、進(jìn)給量四因素實(shí)驗(yàn)使用了裝有?12.7刀片SPRT聪全，參數(shù)范圍為：前角d=-10°泊藕，-17°，-30°;刃傾角e=-10°难礼，-14°娃圆，-20°，-28°涂颠，-40°;切削速度v=100固脸，137，187俗齿，256典患，350m/min;進(jìn)給量f=0.1，0.14圆滓，0.2猾灰，0.28，0.4mm/r存站。切削深度為0.05mm萌小，保持不變。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用多元回歸方法進(jìn)行處理滚曾，回歸曲線見圖5厂均。研究還針對(duì)刀片直徑9.5，12.7帆摊，23mm，刃傾角正負(fù)裸卫，滾動(dòng)仿贬、滑動(dòng)軸承不同進(jìn)行了波紋度實(shí)驗(yàn)，較大負(fù)前角使波紋度增大墓贿。一般而言茧泪，負(fù)前角增大使得切削力增大，而增大切削力聋袋。尤其徑向力队伟，容易造成振動(dòng)，從而產(chǎn)生波紋幽勒。減小負(fù)前角嗜侮，切削力隨之減小。但對(duì)于無后角刀片啥容，此時(shí)后角也同時(shí)減小锈颗。后角過小時(shí)會(huì)加劇后刀面與加工表面回彈層之間摩擦，反而使切削力增大咪惠。因此只有選用適當(dāng)前角才能產(chǎn)生較低波紋击吱。進(jìn)給量越大淋淀，波紋度越大。切削速度刃傾角對(duì)波紋度影響見圖5(b)帖与。滾切速度萍卑、切削速度刃傾角之間關(guān)系可由下式表示vt=vsine(1)所以提高切削速度或增大刃傾角都會(huì)使?jié)L切速度增大。滾切速度增大使得離心力增大架看，降低了切削過程平穩(wěn)性爬韧，波紋度隨之變差。同時(shí)減小切削速度刃傾角同樣不能改善表面質(zhì)量允由。理論上講沛三，無論ve多么小都會(huì)驅(qū)動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)(見式1)，但實(shí)際情況并非如此谒只，由于軸承存摩擦墩衍，所以當(dāng)切削速度刃傾角都比較小時(shí)，刀片很難產(chǎn)生連續(xù)滾切運(yùn)動(dòng)橡吗。所以只有選用適當(dāng)切削速度刃傾角谢市，才能使刀片均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生均勻加工表面胶见。由于切削參數(shù)對(duì)波紋度影響趨勢(shì)比較復(fù)雜寞奸，研究采用了數(shù)學(xué)優(yōu)化來尋找最佳切削條件。優(yōu)化使用數(shù)學(xué)模型即為回歸分析所得經(jīng)驗(yàn)公式在跳。根據(jù)優(yōu)化計(jì)算枪萄，對(duì)于使用滾動(dòng)軸承?12.7刀片SPRT，當(dāng)d=-12°猫妙，e=-13°瓷翻，v=256m/min，f=0.14mm/r時(shí)得到波紋度最小割坠。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)齐帚，同樣切削條件下，當(dāng)將刀軸固定使刀片停止轉(zhuǎn)動(dòng)后彼哼，就可以大大減小甚至完全消除振動(dòng)对妄，從而使波紋度降低至2～3μm。這進(jìn)一步證明敢朱，振動(dòng)波紋都與刀片轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)剪菱。由于刀軸偏心軸承間隙，會(huì)使得切削深度變化蔫饰，造成切削力波動(dòng)陈谜，從而產(chǎn)生了振動(dòng)。根據(jù)星鐵太郎論述，當(dāng)振動(dòng)由外部周期位移干擾所激發(fā)牍系，并以自激振動(dòng)形式持續(xù)進(jìn)行時(shí)换乙，這種振動(dòng)含有強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)，稱為混合型顫振户寺。一般情況下膀娱，振動(dòng)所產(chǎn)生加工波紋往往形成左旋、右旋或直紋形式抢督。但SPRT所產(chǎn)生波紋有時(shí)呈隨機(jī)分布稼注。此時(shí)切削過程相對(duì)平穩(wěn)，刀具工件上感覺不到明顯振動(dòng)喧雹。這似乎表明栓堕，僅僅有周期位移干擾并不足以造成振動(dòng)，如果其它一些參數(shù)越名，例如受力大小裤爆、干擾頻率、系統(tǒng)剛性渺蒿、阻尼特性痢士、固有頻率等不滿足一定條件，振動(dòng)便不會(huì)持續(xù)下去茂装。此時(shí)加工波紋僅僅由于刀具轉(zhuǎn)動(dòng)偏心引起怠蹂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，此時(shí)波紋度較低少态，能達(dá)到3μm城侧。本文使用滾切刀桿結(jié)構(gòu)精度上尚不十分理想，若經(jīng)過進(jìn)一步完善彼妻，有可能獲得更好加工質(zhì)量赞庶。為便于今后改進(jìn)刀具設(shè)計(jì)，針對(duì)刀片直徑澳骤、刃傾角方向、軸承結(jié)構(gòu)等因素對(duì)表面波紋度影響進(jìn)行了研究澜薄。大量觀測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上为肮，用直方圖圖6表達(dá)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖橫軸表示波紋度值肤京，縱軸表示觀測頻數(shù)果喊。刀片直徑越小，所產(chǎn)生波紋度越低腿逞。這由于隨著刀片直徑增大实朗，平均主偏角減小，這將改變切削力大小方向，使得徑向力(Fy)增大垮撇。這一分析測力實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)法简，裝有?3mm刀片刀具所產(chǎn)生切削力裝?12.7mm刀片刀具3倍。影響波紋度另一個(gè)主要因素軸承結(jié)構(gòu)状堰±堵梗滑動(dòng)軸承刀具加工出表面質(zhì)量高于滾動(dòng)軸承刀具。原因可能滑動(dòng)軸承阻尼特性優(yōu)于滾動(dòng)軸承糯驯；同時(shí)滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)較簡單贰往，產(chǎn)生誤差因素較少。從圖6還可看到耙福，對(duì)于具有滑動(dòng)軸承刀具來說伊厉，軸承間隙越小，加工質(zhì)量越好坦冠。因此可以認(rèn)為形耗，裝有小直徑刀片、小間隙滑動(dòng)軸承SPRT蓝牲，更容易產(chǎn)生較好加工質(zhì)量趟脂。4結(jié)論所研制CBN-SPRT采用了彈性卡頭周邊裝卡方式。為避免刀具工件干涉并驅(qū)動(dòng)刀片轉(zhuǎn)動(dòng)例衍，采用了可調(diào)前角刃傾角昔期。表面波紋度主要由刀具轉(zhuǎn)動(dòng)偏心振動(dòng)造成，振動(dòng)由強(qiáng)迫振動(dòng)自激振動(dòng)組成佛玄。

    過大或過小前角都會(huì)加劇振動(dòng)硼一、加大波紋度。滾切轉(zhuǎn)速過高過低也會(huì)使切削過程穩(wěn)定性降低梦抢，加大波紋般贼。對(duì)于裝有滾動(dòng)軸承?12.7刀片SPRT，當(dāng)d=-12°奥吩，e=-13°哼蛆，v=256m/min，f=0.14mm/r時(shí)得到波紋度最小划搓。
   
    裝有小直徑刀片沮念、小間隙滑動(dòng)軸承SPRT，更容易產(chǎn)生較好加工質(zhì)量验脐。

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