五齒梳刀切削受力問題分析
時間：2009-11-10瀏覽：332次收藏
美國PMC公司生產的1077型內螺紋數控車絲機床加工石油接箍偏梯形螺紋，要求接箍螺紋應無明顯的撕裂、刀紋、磨痕等缺陷，在完整螺紋長度內沒有破壞螺紋連續性的瑕疵。
1077型數控車絲機床是中心轉塔式四工位專用數控機床，由一把梳刀一次成形。加工效率和精度高，可加工尺寸4 1/2″～10 3/4″的鋼管。切削特點是刀具旋轉，工件不動。采用矩形單面帶齒梳刀，刀具前角為0°，可保證較高的螺紋精度及表面光潔度，且牙形畸變誤差小。在切削中，梳刀5個齒逐個參加切削，使刀具和刀桿承受了很大的切削力，這給螺紋加工帶來了不良影響，下面就五齒梳刀切削受力這一問題進行分析。
1.五齒梳刀各齒的理論余量分配
石油管螺紋梳刀是一種高效成型刀具，設計中的一個關鍵環節是確定合理的切削圖形，一是考慮每個齒的切削負荷分配合理性；二是考慮精車齒的加工余量合理性，不論梳刀有幾個齒，最后一個都是精車齒，其切削截面應包含一個完整的螺紋牙型，以保證螺紋齒形的幾何精度及表面光潔度。各齒的切削分配是否合理，不僅關系著梳刀壽命及斷屑效果，還會影響工件的精度及表面質量，因此，梳刀各齒的切削分配是梳刀設計中的關鍵。
偏梯扣螺紋齒高為h，假設加工余量為h0。五齒梳刀的刀齒分別為第1粗車齒、第2粗車齒、第3粗車齒、第4粗車齒和成形齒。第1粗車齒加工后余量為ΔX1=h－t4；第2粗車齒加工后余量為ΔX2=t3；第3粗車齒加工后余量為ΔX3=t2；第4粗車齒加工后余量為ΔX4=t1；五齒成型齒加工完成后為全頂螺紋，齒高為h。
2．刀具在實際加工中的受力情況
在加工過程中（假設加工中刀具進給切削，工件旋轉），刀具主要受到來自三個方面力的影響：工件逆時針旋轉方向的阻力a，刀具進給方向的切削阻力b和刀具與工件接觸方向的切削阻力c。由于來自工件旋轉方向上的阻力a和刀具進給方向上的阻力b不會影響到螺紋的齒形加工，所以這里只考慮來自刀具與工件接觸方向（一般機床上為X軸方向）上的阻力c的影響。
3．刀具在受力情況影響下加工的變化
假設當第1粗車齒接觸工件時，所受力為F1，產生變形量為δ1；第2粗車齒接觸工件時，受力為F2，變形量為δ2；第3粗車齒接觸工件時，受力為F3，變形量為δ3；第4粗車齒開始切削時，受力為F4，變形量為δ4，第5齒即精車齒切削時，受力為F5，變形量為δ5。當五齒梳刀所有齒同時參加切削時，受力達到平衡，不再產生變形。由五齒梳刀的結構可以看出，X軸方向上的受力大多來自刀具上每個齒的頂部（即與工件最先接觸部分），所以當第2粗車齒開始切削時，與第1粗車齒之間可產生的最大變形量為δmax2＝第1粗車齒和第2粗車齒沿錐面上齒高差＝t4－t3；以此類推,δmax3＝t3－t2；δmax4＝t2－t1；δmax5＝t1。所以∑δmax＝δ1＋δmax2＋δmax3＋δmax4＋δmax5＝t4＋δ1。因此，成形齒相對第一粗車齒的最大變量Δh=∑δmax－δ1＝t4。成形齒齒高為h，則Δh＋h＝t4＋h。第1粗車齒左側底部高為h＝t5，很明顯，第1粗車齒右側齒底部分t5＜t4＋h，在工件上第1扣做出的斜面將無法被成形齒覆蓋，在工件第1扣上形成不完整螺紋。但隨著第2、第3、第4粗車齒和成形齒陸續切削，受力趨于平衡，變形逐漸減小，工件上的不完整螺紋在第3、第4扣上逐漸消失。由于是按照最大變形進行計算的，所以成形齒加工后齒高不會產生不合格情況，實際測量也是這樣。在加工中，若工件第1、第2扣上形成不完整螺紋，則會造成管子報廢。?
根據上述分析，進行以下的實驗：將t5＜t4＋h的五齒梳刀修整后，保證t5＞t4＋h?，則在加工中，能避免工件上前1、2扣上產生不完整螺紋。在實際生產中，加工變形是很難克服的，為使刀具更好地適應生產，在設計五齒梳刀時，應充分考慮第一粗車齒齒底處的影響，保證t5＞t4＋h。這樣的五齒梳刀將減小第1粗車齒對螺紋加工的影響，從而提高產品質量。
