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1 引言

高速切削、強(qiáng)力切削可明顯進(jìn)步加工效率，是現(xiàn)代制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。但隨著切削速度的進(jìn)步，在某些加工場合也帶來了加工質(zhì)量方面的題目。

如采用旋風(fēng)銑削法高速銑削內(nèi)、外螺紋時(shí)（圖一），固然加工效率高、刀具冷卻效果好，但加工出的螺紋精度并不高，且螺紋牙槽兩側(cè)面的表面質(zhì)量存在較大差異。對于粗加工工序，螺紋牙側(cè)表面加工精度影響不大，但對于一次完玉成牙深切削的加工而言，這一題目不容忽視。

為此，本文對旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí)牙槽兩側(cè)面的表面質(zhì)量進(jìn)行了分析計(jì)算，并先容了旋風(fēng)銑刀的設(shè)計(jì)方法。

（圖一）

2 牙槽兩側(cè)面表面質(zhì)量的計(jì)算與分析

1) 牙槽兩側(cè)面表面特征

旋風(fēng)銑削絲杠螺紋時(shí)，當(dāng)銑削速度進(jìn)步到2000r/min 以上，螺紋牙槽底面(溝底)及其中一側(cè)面的表面質(zhì)量明顯進(jìn)步。由加工結(jié)果可知，無論是采用刀具進(jìn)給方式、由車床改裝的旋風(fēng)銑削裝置，還是采用工件進(jìn)給方式的專用絲杠加工設(shè)備，均為迎向銑刀的牙槽一側(cè)(記為A側(cè))的表面加工質(zhì)量明顯優(yōu)于相對的另一側(cè)(記為B側(cè))。A側(cè)表面光滑锃亮；B側(cè)表面光澤不明顯，用手觸摸有細(xì)微粗糙感。

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2) A側(cè)表面粗糙度計(jì)算

如圖2所示，設(shè)刀刃位于水平線OO'時(shí)為零時(shí)刻，經(jīng)過期間t后，銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒，則有

wFt+wwt=1/Z

式中，wF、ww分別為銑刀和工件的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，Z為裝刀數(shù)。設(shè)轉(zhuǎn)速比l=wF/ww=nF/nw(nF，nw分別為銑刀和工件的轉(zhuǎn)速)，則可得t=1(/l+1)wwZ

圖2 牙槽側(cè)面粗糙度分析

設(shè)被加工螺紋螺距為P，則經(jīng)過期間t后，刀具的軸向進(jìn)給位移量為

S1=wwtP=P(/l+1)Z

與此同時(shí)，工件轉(zhuǎn)過的角度為

q=2pwwt=2p(/l+1)Z

刀具下降高度為

Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]

則刀具的橫向位移量為

Y=2(R-h/2)sin(q/2)=2(R-h/2)sin[p(/l+1)Z]

則刀具的橫向位移量為

S2=Ytanb=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]

式中，R為絲杠直徑，h為牙槽深度，b為螺旋升角。由此可得A側(cè)表面的理論粗糙度值為

Rz1=S2=2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]
3) B側(cè)表面粗糙度計(jì)算

由于刀具加工時(shí)既有橫向位移又有進(jìn)給位移，因此經(jīng)過期間t后，銑刀盤轉(zhuǎn)過一齒時(shí)，刀具切進(jìn)點(diǎn)的位移量為軸向進(jìn)給位移與向后的橫向位移之和，則B側(cè)表面的理論粗糙度值為Rz2=S1+S2=P(/l+1)Z+2(R-h/2)tanbsin[p(/l+1)Z]

4) 兩側(cè)面表面質(zhì)量差異分析

銑刀作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)，A側(cè)面在銑刀側(cè)刃擠壓下被高速銑削。當(dāng)切削速度達(dá)2000～3000r/min時(shí)，加工區(qū)火花四濺，切屑局部呈柑紅色，表明該處切削溫度已達(dá)800℃以上(通過計(jì)算也可得出此結(jié)論)，此時(shí)金屬原子熱振動(dòng)振幅增大，原子間鍵力減弱，導(dǎo)致工件材料的硬度和強(qiáng)度降低，同時(shí)切削時(shí)的彈性變形、塑性變形和摩擦力也明顯減小。由于大部分切削熱被切屑帶走，傳進(jìn)工件表層的切削熱很少，滲透層很薄，表面層物理力學(xué)性能的變化在答應(yīng)范圍內(nèi)，因此A側(cè)面的表面質(zhì)量得到進(jìn)步。此外，由于每齒切削厚度和進(jìn)給量減小，A側(cè)相當(dāng)于在被銑削的同時(shí)也被研磨，使表面質(zhì)量進(jìn)一步進(jìn)步。而B側(cè)被銑削時(shí)，由于存在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀具在該時(shí)刻已離開被銑部位，因此不存在擠壓與研磨作用。可見，切削力作用形式的差異也給兩側(cè)的表面質(zhì)量帶來不同的影響。

根據(jù)上述計(jì)算與分析可知，由于Rz1 < Rz2，加上A、B兩側(cè)銑削作用力的不同影響，故A側(cè)表面質(zhì)量優(yōu)于B側(cè)，這與在實(shí)際加工中的觀察結(jié)果一致。