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如何優化銑削加工中的進給速度

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摘要:如何優化銑削加工中的進給速度

進給速度除直接影響加工效率之外,也是影響刀具壽命的關鍵因素之一。進給速度的計算公式如下:

vf=n×zn×fz

vf=工作臺進給(mm/min)

n=主軸轉速(r/min)

zn=齒數

fz=每齒進給量(mm/tooth)

從公式可以看出,對于給定的銑刀來說,齒數與主軸轉速一定的情況下,每齒進給量fz就直接決定了進給速度的高低。

如何給每齒進給量fz分配一個合理的數值?我們必須考慮最大切屑厚度hex和fz的關系,因為對于給定的銑刀來說,必定有一個合理的hex與其搭配,而hex與fz并不是簡單的一一對應關系。

下面我們以方肩立銑刀為例,從每齒進給量fz與hex的關系出發,來探討延長刀具壽命,提高加工效率的途徑。

前一期我們已經提過:銑削是切削刃不斷切入和切出工件的循環過程,銑刀采用通用(徑向)進給時,所形成的切屑厚度是不斷變化的(插銑/軸向進給形成恒定的切屑厚度),而切屑最厚處的厚度即hex。

對于銑削來說,兩個因素會影響hex與fz的關系。一個是切削(銑削)寬度ae與銑刀直徑Dc的比值ae/Dc(切寬因子);另一個是銑刀的主偏角Kr。

我們先來討論ae/Dc對fz的影響。針對不同的ae/Dc,可以大致分為下列三種情況:

(1)滿槽銑削:切削到中心處時,切屑厚度和每齒進給量相等,此時,hex=fz,大多數可轉位刀片的最小hex值應為0.1mm。

(2)ae/Dc>50%:ae/Dc=70%是面銑刀的推薦切削狀態。刀片切入時,切屑厚度接近每齒進給量(0.9×fz),刀片直接切入工件,避免了摩擦的產生。不僅能夠保證刀片的壽命,而且可以兼顧效率。

(3)ae/Dc<50%:此時,最大切屑厚度(hex)在切入的位置,最大切屑厚度hex小于每齒進給量fz,刀具中心的進給是fz=0.1mm,真正的最大切屑厚度小于0.1mm。

比較(2)和(3)可見,因為ae/Dc的不同,相同的每齒進給量fz并不能帶來相同的最大切屑厚度hex。針對ae/Dc遠小于50%的情況,必須相應的增大fz,才能獲得合理的hex值。

我們希望hex達到0.1mm,而在ae/Dc遠小于50%時,如果進給量還是fz=0.1mm,此時的hex將肯定離0.1mm相差較遠。通過提高刀具的每齒進給量fz可以解決此問題。

因此,我們在本文開頭提到的進給速度計算公式就應該做相應的修改,以獲得合理的效率和刀具壽命:

vf=n×zn×(hex×修正系數1)

ae/Dc小于25%時,應該修正進給來獲得最佳切屑厚度。

當采用三面刃銑刀銑槽,或者立銑刀精銑側壁時,因為ae/Dc較小,此時必須調整fz,才能獲得合理的hex。

另一影響因素是銑刀的主偏角Kr,當主偏角小于90°時,最大切屑厚度hex就會小于每齒進給量fz,為了獲得合理的hex值,必須相應地提高fz。因此進給公式需要再乘以另一個修正系數2才能獲得正確的fz:

vf=n×zn×(hex×修正系數2)

本文開頭提到的進給速度計算公式經過兩次修正,最終公式如下

vf=n×zn×(hex×修正系數1×修正系數2)

優化加工過程,既包括切削路徑的優化,也包括切削參數的優化,優化切削參數的目的就是獲得合理的最大切屑厚度hex,這也是銑刀能否正常工作的關鍵。

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