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通過轉動試驗測定麻花鉆的過程力

作者: 時間:2017-02-27 來源:網絡 收藏

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圖3 模擬a)和試驗調查b)時鉆孔的同心扇區的劃分

由于對劃分扇區制訂模型的思路還需要利用按照鉆頭調整過的刀刃幾何形狀和切削數據進行大量的車削試驗,因而需要研發一種新的模型,它可以從車削的正交基準切削中推導出鉆頭上的力和力矩。為此,必須了解刀刃上的各種角和切削速度對力的影響。為了對鉆孔過程建立模型,首先要測算出這些參數對特定的切削力和進給力的影響。根據半徑的容積份額各有不同,用Kienzle公式通過求和計算出全鉆孔的相應力。為了確定模型的參數,需要在車和鉆的加工試驗中進行大量的測量。為此,在一臺NC車床的刀具轉塔上每一個加工站點安裝一個Kistler切削力測力計Typ 9121和一個Kistler鉆孔平臺Typ 9271A(見圖4)。這些試驗可以在不同的冷卻潤滑條件下來進行。計算切削和進給力的基礎是Kienzle方程,該方程分別以特定的切削力和進給力與切削面積的乘積來表示這種力。

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圖4 車與鉆試驗臺上裝備了力、力矩和聲音發射(AE)測量系統

刀刃幾何形狀影響切削力

眾所周知,特定的切削力和進給力在很大程度上取決于刀刃幾何形狀,而刀刃幾何形狀在鉆頭上是沿半徑變化的。因此,必須在第一步中,從0切削角的正交車試驗和從使用麻花鉆頭的鉆孔試驗中測出切削角和傾斜角之比的依存關系。例如,給出了從測量中求出的車削和鉆孔的主刀刃上切削力的比值。這些值可以通過切削角γ(r)和傾斜角λ(r)的校正因數互相換算。與車削的切削能力相比,鉆孔的切削能力也可以用系數AC或BC加以表示。橫刃的換算與此類似。

按照Kienzle求切削力的公式

根據Kienzle的力公式,第二步中可以用前面確定的kc1.1(r)的值測定主刃和橫刃上的切削力。同時,還要考慮到使用橫刃時切削容積的校正。這種校正符合這樣一個事實:鉆頭在這個部位的切削體積構成尖銳的圓形扇區,而不是車削形成的方形。

橫刃區發生變形

完全鉆孔的切削力是在考慮到作用半徑的情況下主刃和橫刃切削力的總和。以車時的測量數據和為鉆孔而計算出的切削力或進給力比和在鉆孔時測量的力為基礎,表明了作為進給函數的誤差。因此,尤其是在橫刃區,也就是在鉆頭的中心,這里的切削速度非常低,還需要對那里發生變形過程的分力做出模型。

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圖5 鉆頭上的切削力和進給力,根據車削實驗的切削數據計算

變形份額的建模對進給力來說比對切削力更重要。利用其他的因數(升程校正、變形份額),可以在模型中對切削速度的影響,以及額外的變形份額加以考慮。同時,變形份額是從待加工材料的抗拉強度Rm中推導出來的。根據這種擴展的模型,鉆刃上力的分布顯示在圖5中。這里尤其引人注目的是,進給力主要還是取決于橫刃上的分力。眾所周知,鉆頭越尖,這個分力越小。

計算模型必須繼續研發

對螺旋鉆上力的調查表明,在考慮到切削和傾斜角變化的情況下,利用Kienzle公式可以對鉆頭主刃的力制出可靠的模型。對于橫刃來說,除了帶有切削體積校正的切削份額之外,還需要有一個附加的變形份額,根據工件材料的抗拉強度,對此提出了第一個建議。而對其他的鉆頭參數、尖銳度,以及在其他材料中的應用所建議的模型,還需要加以審查,必要時還需要對模型繼續加以細化。(end)

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