作为一种精密的内螺纹加工方法, 振动攻丝以其加工精度高、螺纹表面粗糙度小、适合于难加工材料、小内径、深螺孔的内螺纹加工等优点, 正被广泛重视和深入研究, 并且在部分国家已投入实际应用。而攻丝扭矩是衡量攻丝过程是否稳定的重要指标, 它可以在很大程度上直接或间接地反映振动攻丝的总体切削效果, 如丝锥的磨损状态、切削液是否被有效利用、断屑排屑效果、攻丝质量等。本文着重研究了基本工艺参数对攻丝扭矩的影响。1 基本工艺参数的选用描述振动攻丝运动形式的参数很多, 如振动频率f、切削速度v、正反转比例k、振幅a、周期净切削量lT、周期分离量lG、重复切削次数Q等。在这些参数之中, 振动频率f、切削速度v、正反转比例k、和振幅a是常用的且易检测的工艺参数, 它们构成振动攻丝的一个工艺参数组。但是它们之中只有 3个是相互独立的, 第四个参数能被其它 3个参数计算出来。因为我们所用的振动攻丝系统的振源是由步进电机提供的, 而步进式振动攻丝的正转和反转的振幅不同,取决于正反转比例k, 所以我们确定振动频率f、切削速度v、和正反转比例k为振动攻丝的基本工艺参数。而正转振幅可通过式 (1) 计算出来:a=kk+1·vf(1)振动攻丝的 3个基本工艺参数是独立的, 但它们都影响丝锥的周期净切削量lT, 它们与周期净切削量lT的关系式是: lT=k-1k+1·vf(2)从式 (2) 可看出, lT综合反映振动攻丝的 3个参数的影响, 且lT是直接影响攻丝扭矩大小的决定性因素。Q=lG /lT+1=1/(k-1)+1 (3)从式 (3) 可知: 重复切削次数Q与周期净切削量lT和周期分离量lG有关, 并且与正反转比例k有一定关系, 并随k的增大而减小。2 试验条件试验在自制的低频振动攻丝机上进行 (图 1 ),系统选择丝锥运动方式为步进式。扭矩传感器测得的攻丝扭矩数据通过输入输出接口输入到计算机, 计算机对这些数据进行处理, 并对攻丝加工中的工作情况进行监控。其它条件为: 丝锥选用M6×1的高速钢机用普通丝锥; 工件材料选用结构钢Q235、高强度合金钢 38CrMoAl; 螺纹底孔为5mm通孔; 工件厚度为 10mm; 润滑方式采用煤油润滑。试验中取振动频率f=6000 /60Hz, 切削速度v=0 6m/min和正反转比例k=1 5, 用单因素法, 使其中两个参数保持不变, 改变第三个参数, 以观察它对扭矩的影响。图 1 振动攻丝机床结构示意图3 工艺参数对扭矩的影响3 1 振动频率f对扭矩的影响切削速度和正反转比例保持不变, 改变振动频率, 观察它对攻丝扭矩的影响情况。结果见图 2。图 2 振动频率对 扭矩的影响图中B、C两条曲线分别代表 38CrMoAl、Q235的变化图。从图 2可以看出: 对于Q235, 频率上升初期, 扭矩呈下降趋势;当频率达到一定值时, 扭矩呈上升变化。分析其原因: 由式 ( 1 ) 可知, 随着振动频率f的增大, 丝锥的周期净切削量lT减小, 导致切削扭矩的减小;但是当频率达到一定值时, 随着振动频率的继续提高, 步进电机对机床的冲击振动增强, 切削条件变差, 攻丝扭矩呈上升趋势。而对于 38CrMoAl, 扭矩却一直呈上升趋势, 分析其原因: 可能是由于工件材料、丝锥的磨损、润滑方式和底孔直径的差异等因素的综合作用而使机床的冲击振动占了主导地位, 因此其变化趋势发生了改变。总之, 振动频率对切削扭矩的影响是周期净切削量lT的减小与冲击振动增加的综合作用结果。3 2 切削速度v对扭矩的影响图 3 切削速度对 扭矩的影响如图 3所示, 振动频率f=6000 /60Hz, k=1 5保持不变, 只改变切削速度v。从图 3中可以看出两条曲线呈先降后升的变化规律。经分析: 提高切削速度有利于塑性金属趋向脆性状态, 减小塑性变形, 改善了切削条件, 减小了扭矩; 但随着它的进一步提高, 由式(2)、(3) 可知, 周期净切削量lT增大, 切削刃与工件的分离时间短, 后刀面对已加工表面的重复切削次数Q减少, 造成切削扭矩增大。另外, 切削液不能有效进入切削区进行润滑和冷却, 也造成切削扭矩的进一步增大。进一步分析, 不同材料有其各自的最佳切削速度, 如: 加工M6×1的螺纹, Q235选 0 5m/min, 38CrMoAl选用 0 6m/min。3 3 正反转比例k对扭矩的影响上述试验条件不变, 使f= 6000 /60Hz, v=0 6m/min, 观察扭矩M随正反转比例k的变化。变化曲线见图 4, 图中, 切削扭矩从整体上随正反转比例k的增大而增大。结合公式 ( 2 ) 或 ( 3 ) 分析其原因: 随着k值的增大, 周期净切削量lT增大, 切削扭矩M增加; 并且由进一步试验可知: 当k=5∶1时, 振动攻丝的效果基本消失, 相当于普通攻丝; 然而随着k值的减小: 在相同振动频率、切削速度时,每个周期的净切削量lT减小, 刀具的重复切削次数Q增多, 从而切削扭矩减小。但是随着k接近“1”,振动攻丝的攻丝效率也大幅降低。因此在合理选择k时, 主要综合考虑攻丝效果和攻丝效率。图 4 正反转比例对 扭矩的影响4 变参数振动攻丝在振动攻丝过程中,随着攻丝初期、稳定、最后加工阶段的变化, 主要攻丝要求、加工条件各不相同。攻丝初期, 由于丝锥尚未完全进入材料, 螺孔的位置精度是主要的考虑因素; 而在稳定阶段,为了防止出现丝锥容屑槽堵塞和丝锥扭断的现象, 同时也为了获得较小的扭矩、取得更好的加工效果, 需要调整切削参数; 在最后阶段, 为了提高螺纹末端的表面粗糙度, 防止毛刺的产生, 同时对于通孔, 也为了避免出现丝锥破损的现象, 应该重新调整切削参数。所以, 变参数振动攻丝也不失为改变扭矩、提高内螺纹加工效果的一种有效途径。5 结论在振动攻丝过程中, 工艺参数的选择和优化对攻丝扭矩的大小有很大的影响。 (1 ) 在 3个参数中,正反转比例k对扭矩的影响是最大的, 减小k值可使切削扭矩减小, 但同时加工效率也将减小; k值增大, 加工效率提高, 但扭矩增大, 内螺纹质量下降。因此, k值的选取要考虑攻丝效果和攻丝效率两个方面。 (2) 在不同的材料上加工不同公称直径的内螺纹有对应的不同的最佳切削速度, 所以, 根据具体情况找出最佳切削速度更能有效地减小扭矩, 发挥振动攻丝的优势。 (3) 振动频率的合适选取对于减小周期净切削量lT、减小扭矩也很重要。工艺参数对振动攻丝扭矩的影响@马利杰$江苏大学机械工程学院!江苏镇江212013
@王贵成$江苏大学机械工程学院!江苏镇江212013
@张学良$河南职业技术师范学院机电学院!河南新乡453003振动攻丝;;攻丝扭矩;;工艺参数结合试验结果, 分析了在结构钢和合金钢的振动攻丝过程中, 基本工艺参数对攻丝扭矩的影响, 得出了不同参数对扭矩的影响规律, 对于优化工艺参数、减小攻丝扭矩、改善攻丝效果具有一定的借鉴意义。【1】<日>隈部淳一郎精密加工振动切削(基础与应用)机械工业出版社,1985
【2】ZhangDeYuan.Relief-faceFrictioninVibrationtap ping.Int.J. ofMech.Sci.,1998,40(12):1209~1222
【3】陈学永振动攻丝机理的研究及在线故障诊断加工系统的开发
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【4】李光军振动攻丝对钛合金螺纹质量的影响航天制造技术,2002,6(3):8~11
【5】陈志同,李光军,张德远低频扭转振动攻丝基本工艺参数组的研究中国机械工程,2003,14(6)
【6】冯正化变参数控制步进电动机振动攻丝机的微机控制系统研制2001国家自然科学基金资助项目 (编号 50275066)竦媒闲〉呐ぞ亍⑷〉酶玫募庸ばЧ? 需要调整切削参数; 在最后阶段, 为了提高螺纹末端的表面粗糙度, 防止毛刺的产生, 同时对于通孔, 也为了避免出现丝锥破损的现象, 应该重新调整切削参数。所以, 变参数振动攻丝也不失为改变扭矩、提高内螺纹加工效果的一种有效途径。5 结论在振动攻丝过程中, 工艺参数的选择和优化对攻丝扭矩的大小有很大的影响。 (1 ) 在 3个参数中,正反转比例k对扭矩的影响是最大的, 减小k值可使切削扭矩减小, 但同时加工效率也将减小; k值增大, 加工效率提高, 但扭矩增大, 内螺纹质量下降。因此, k值的选取要考虑攻丝效果和攻丝效率两个方面。 (2) 在不同的材料上加工不同公称直径的内螺纹有对应的不同的最佳切削速度, 所以, 根据具体情况找出最佳切削速度更能有效地减小扭矩, 发挥振动攻丝的优势。 (3) 振动频率的合适选取对于减小周期净切削量lT、减小扭矩也很重要。工艺参数对振动攻丝扭矩的影响@马利杰$江苏大学机械工程学院!江苏镇江212013
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@张学良$河南职业技术师范学院机电学院!河南新乡453003振动攻丝;;攻丝扭矩;;工艺参数结合试验结果, 分析了在结构钢和合金钢的振动攻丝过程中, 基本工艺参数对攻丝扭矩的影响, 得出了不同参数对扭矩的影响规律, 对于优化工艺参数、减小攻丝扭矩、改善攻丝效果具有一定的借鉴意义。【1】<日>隈部淳一郎精密加工振动切削(基础与应用)机械工业出版社,1985
【2】ZhangDeYuan.Relief-faceFrictioninVibrationtap ping.Int.J. ofMech.Sci.,1998,40(12):1209~1222
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