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目前国内小直径内螺纹的加工主要采用丝锥攻丝的加工方法,这种加工方法存在切削条件差、排屑困难、丝锥所受扭矩大、易折断、精度低等弊端,特别是难加工材料如钛合金、不锈钢、各种高温合金等的加工更是如此。本文将高速铣削加工技术引入小直径内螺纹加工领域,对单刃和多刃梳形铣刀高速螺纹铣削牙型误差和铣削力进行理论与实验研究,为小直径内螺纹高速铣削工艺的应用和参数选择提供了依据。
总结了螺纹加工的常用方法及其存在问题,系统阐述了高速内螺纹铣削加工的原理及特点,采用几何解析方法建立内了螺纹铣削加工的牙型理论误差数学模型。对刀具结构与不同螺纹参数在实际铣削过程中的牙型轮廓误差进行了系统的理论分析,结果表明,随着铣削加工螺旋升角增大时,螺纹铣削过程中干涉与过切现象越明显;随着刀具直径与螺纹底孔直径比值的增大,导致加工螺纹牙型误差增大。
根据内螺纹铣削工艺,在HASS-VF1高速数控铣床编制了内螺纹铣削加工数控程序,采用梳形螺纹铣刀和单刃螺纹铣刀对不同材料与不同公称直径的内螺纹进行了铣削加工试验。分别采用图像处理和激光测量方法完成了螺纹牙型误差的检测,研究了螺纹牙型误差随着刀具与螺纹底孔直径比、螺纹的螺距大小变化规律。结果表明实际加工获得的螺纹牙型角误差与理论模型计算牙型误差基本相符。
通过对高速螺纹铣削力进行了理论建模和分析,建立了螺纹铣削的铣削力解析模型,运用模型研究了螺纹铣削铣削力的影响因素。获得了螺纹铣削时铣削力与铣削用量转速、进给量、切削深度和工件材料之间的定量关系,为螺纹铣削时的刀具受力预测提供了理论依据。
建立了高速螺纹铣削力获取的实验测试系统,对铣削力随刀具转速、进给量、切削深度和工件材料变化规律进行了大量实验研究。结果表明,进给量不变,铣削力随着切削速度的增大而增大,当达到某个临界速度时,铣削力会随着切削速度的增大而减小;切削速度不变,随着进给量的增大,铣削力增大趋势越明显,获得了铣削力随各个参数变化的铣削力经验公式,为高速铣削内螺纹应用奠定了基础。