[发明专利]正交车铣回转零件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工，特别是涉及到车铣加工，在正交车铣加工过程中通过各个加工参数的控制以达到提高回转零件的加工精度。

背景技术

车铣加工常被应用在一些大尺寸、特殊表面形状的回转体零件的加工中，比如叶轮、螺杆等。这些零件的表面精度要求一般较高，加工效率较低。加工参数是影响加工表面质量和加工效率的重要因素，因此，研究车铣加工参数对工件的表面形貌影响对于提高加工质量和加工效率具有重要的现实意义。

车铣是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件切削加工的，其方法分为轴向车铣法和正交车铣法两种。研究车铣加工表面形貌的传统方法是采用铣刀对工件包络运动这一思路，对车铣加工表面形貌进行几何分析的方法。近年来，诸多学者采用这种方法，给出了车铣加工后表面粗糙度的计算方法。但是加工表面的微观几何形貌不仅与表面粗糙度有关，还与表面花纹的排列形式有关。应用几何分析法只能得到表面粗糙度，而不能求出表面花纹的排列形式，因此不能得到加工表面的微观几何形貌。要研究车铣加工表面形貌就需要研究出车铣加工表面形貌各个参数不同取值的最佳比例。

人们在日常车铣加工的研究和实验当中，对车铣的表面形貌和加工参数的关系存在一定的认识偏差。例如认为在车铣中的铣刀转速和回转零件转速越高越好，即认为转速与加工精度成正比关系，但经过实验却发现加工后零件的表面形貌与转速并非单纯的线性关系；再例如，在加工零件转动一圈时铣刀的轴向推进量控制往往难以把握，并不易控制其推进量与加工精度的关系等等。

发明内容

本发明的目的在于通过大量的实验以及建造相应数学模型，以寻求回转零件在正交车铣加工中各个工艺参数与零件表面加工精度的关系。以达到生产实践当中运用恰当的加工工艺参数，最大程度地满足零件的表面加工精度。

本发明的技术方案：

本发明是以正交车铣过程为研究对象，首先建立刀刃的数学模型，根据坐标变换原理，导出加工过程中刀刃上任意点相对于工件的运动轨迹方程；然后，在定义的三维网格模型上，求出铣削表面的微观形貌；最后，详细讨论了刀刃角、偏心量、转速比、及轴向进给量对轴向车铣加工表面形貌的影响。

一种正交车铣回转零件的方法，在回转零件的正交车铣加工中，端铣刀和回转零件各自旋转，所述的端铣刀带有底刃和侧刃，其特征在于，正交车铣加工过程中，底刃的工艺参数如下：

①端铣刀底刃的刀刃角大于0℃，小于2℃；

②端铣刀的偏心量为大于4mm，小于9mm；

③端铣刀的轴向推进量为刀具直径的1/n，n为大于1的自然数。

④端铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为N1/N2＞60。

作为一种优化方案，所述的端铣刀的轴向推进量大于7.5mm。

作为另一种优化方案，端铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为140＞N1/N2＞60。

本发明的技术效果：

本发明提高回转零件在正交车铣中加工精度的方法通过大量的实验以及编制模拟仿真软件对回转零件在正交车铣加工中起到的作用做了分析，最后得出一组最佳的工艺参数组合。利用该组参数组合可以解决以往技术中为了提高加工精度盲目地提高转速，减少或增加推进量等方法带来的费力费时而效果大不到要求的问题。在本发明的工艺参数范围内选择最佳的组合，可以花费较少的成本达到最好的加工效果。

具体实施方式

下面以具体的实施例来详细阐述本发明的正交车铣中加工精度的方法。以采用正交方式加工回转零件螺杆件来实际应用本发明的加工方法。其初始加工工艺参数为：

铣刀的半径R1＝25mm；工件半径R2＝50mm；刀刃数Z＝4；

铣刀的转速N1与工件的转速N2的比值为30；轴向的推进量为18mm/r；铣刀的长度为60mm。

在上述的加工条件下，采用正交车铣加工后工件表面形貌状况为：工件表面有正棱柱，这些棱互相平行，并平行于工件中心线。

使转速比N1/N2大于60，并取轴向进给量为14、18及22mm/r，求得转速比与表面形貌的关系为：当转速比增大时，工件表面的粗糙度下降。

将刀刃角从0°～2°变化，并使轴向进给量从10-35mm/r变化时，求得刀刃数与加工表面形貌为：当刀刃角上升时，加工表面粗糙度下降，但是下降幅度与轴向进给量有关。进给量变化时，刀刃角1°的加工表面粗糙度变化幅度小于刀刃角0°的表面粗糙度。

刀刃角1°的表面形貌存在方形波状起伏，而刀刃角为2°的表面形貌较1刀刃角1°平坦，已经观察不到方形波状起伏，因此其表面粗糙度更低，表面形貌也较好。