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高速切削、強力切削可明顯進步加工效率，是現(xiàn)代制造技術的重要發(fā)展趨勢之一。但隨著切削速度的進步，在某些加工場合也帶來了加工質量方面的題目。如采用旋風銑削法高速銑削內、外螺紋時(見圖1)，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，且螺紋牙槽兩側面的表面質量存在較大差異。對于粗加工工序，螺紋牙側表面加工精度影響不大，但對于一次完玉成牙深切削的終極加工而言，這一題目不容忽視。為此，本文對旋風銑削絲杠螺紋時牙槽兩側面的表面質量進行了分析計算，并先容了旋風銑刀的設計方法。

a)銑削外螺紋

(b)銑削內螺紋

圖1 旋風銑削內、外螺紋

2 牙槽兩側面表面質量的計算與分析

1) 牙槽兩側面表面特征

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

2) A側表面粗糙度計算

如圖2所示，設刀刃位于水平線OO'時為零時刻，經(jīng)過期間t后，銑刀盤轉過一齒，則有

wFt+wwt=1/Z

式中，wF、ww分別為銑刀和工件的轉動角速度，Z為裝刀數(shù)。設轉速比l=wF/ww=nF/nw(nF，nw分別為銑刀和工件的轉速)，則可得

t=1(/l+1)wwZ

圖2 牙槽側面粗糙度分析

設被加工螺紋螺距為P，則經(jīng)過期間t后，刀具的軸向進給位移量為

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

與此同時，工件轉過的角度為

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

則刀具的橫向位移量為

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側表面的理論粗糙度值為

3) B側表面粗糙度計算

由于刀具加工時既有橫向位移又有進給位移，因此經(jīng)過期間t后，銑刀盤轉過一齒時，刀具切進點的位移量為軸向進給位移與向后的橫向位移之和，則B側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) 兩側面表面質量差異分析

銑刀作軸向進給運動時，A側面在銑刀側刃擠壓下被高速銑削。當切削速度達2000～3000r/min時，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800℃以上(通過計算也可得出此結論)，此時金屬原子熱振動振幅增大，原子間鍵力減弱，導致工件材料的硬度和強度降低，同時切削時的彈性變形、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，傳進工件表層的切削熱很少，滲透層很薄，表面層物理力學性能的變化在答應范圍內，因此A側面的表面質量得到進步。此外，由于每齒切削厚度和進給量減小，A側相當于在被銑削的同時也被研磨，使表面質量進一步進步。而B側被銑削時，由于存在進給運動，刀具在該時刻已離開被銑部位，因此不存在擠壓與研磨作用?？梢?，切削力作用形式的差異也給兩側的表面質量帶來不同的影響。

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

3 旋風銑刀的設計

刀具材料的選用

當銑削速度達到2000r/min以上時，刀具與工件接觸時間約為0.003s，而切削熱在鋼中的傳播速度約為0.5mm/s，即在刀具與工件接觸時間內熱量傳播間隔僅為1.5μm 左右，因此僅有極少量切削熱傳進刀具中。此外，由于刀刃空行程較長，使刀刃承受的熱脈沖大大降低，因此銑刀刃部溫度始終保持在300℃左右，不易引起刀具硬度降低，刀具磨損較小。但是，由于刀刃工作方式為高速斷續(xù)切削，整個工藝系統(tǒng)振動較大，刀刃部位需要承受較強的正壓力脈沖和彎曲應力脈沖，因此要求刀具材料具有較好韌性。綜合考慮上述加工特點，刀具材料不宜選用硬質合金www.churchredeemed.com，選用65Mn淬火鋼較好。

圖3 銑刀盤裝配圖

圖4 刀夾結構圖

刀具結構設計

為進步加工效率，筆者設計了圖3所示銑刀盤結構和圖4所示刀夾。刀夾上開有裝刀槽，將長條形刀片置于其中，上面蓋壓一帶槽薄板，然后裝進銑刀盤刀槽中，用內六角螺釘壓緊，即可進行銑削加工。當?shù)镀p后，松開壓緊螺釘，取出長條形刀片，對切削刃部分重新刃磨后即可重復使用。如切削時刀片有后退傾向，可在銑刀盤上加裝可調擋塊。與焊接式或其它刀具結構相比，這種可轉位銑刀盤結構可減少刃磨、裝卸和對刀工時，刀片可www.churchredeemed.com重復利用，具有加工效率高、加工本錢低等優(yōu)點