jic35導(dǎo)讀：通過不同刀具懸伸量條件下高速銑削淬硬模具材料的實(shí)驗(yàn)研究,記錄和分析了銑削過程中切削力、振動(dòng)、刀具后刀面磨損面積和表面粗糙度的變化,優(yōu)選刀具懸伸量。高速切削刀具技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高速加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。在高速銑削中，刀具懸伸量即刀尖到主軸伸出端的長(zhǎng)度對(duì)加工過程的影響很大，并且直接影響刀具磨損。
傳統(tǒng)上認(rèn)為，增大刀具的懸伸量勢(shì)必會(huì)造成刀具剛度降低，特別是在加工淬硬鋼等硬度比較高的難加工材料時(shí)，習(xí)慣于選擇小的刀具懸伸量。刀具安裝時(shí)盡量多夾持刀柄部分，可以提高刀具的剛度，減小振動(dòng)，使切削過程更加穩(wěn)定，刀具磨損更小，從而使得模具深腔必須采用電火花加工，加工時(shí)間長(zhǎng)，效率低。因此刀具懸伸量對(duì)加工過程的影響逐漸引起關(guān)注。
國(guó)外通過刀具剛度對(duì)刀具壽命影響的研究表明，球頭立銑刀兩切削刃上的受力不均使刀具壽命急劇下降，適當(dāng)改變銑刀懸伸長(zhǎng)度，可以改善銑刀兩切削刃上刀具磨損不平衡，從而延長(zhǎng)刀具壽命。ssmith也提出高速銑削中刀具長(zhǎng)徑比對(duì)金屬切除率影響很大，并以穩(wěn)定的zui大金屬切除率為目標(biāo)，通過直徑12.7mm端銑刀高速銑削實(shí)驗(yàn)測(cè)量的加工穩(wěn)定性耳垂主軸轉(zhuǎn)速n=14330r/min，每齒進(jìn)給量fz=0.03mm/齒，進(jìn)給速度vf=860mm/min，軸向切深ad=0.1mm，徑向切深rd=1.5mm;順銑;空氣冷卻刀具：涂層：altin;前角：8°;后角：6°;螺旋角：30°;d1：2mm;d2：3mm;l1：38mm;l2：9mm。
試驗(yàn)結(jié)果與分析
1切削力
隨著刀具加工長(zhǎng)度的增加，對(duì)不同懸伸量條件下的銑削力進(jìn)行了測(cè)量，由不同條件下三個(gè)方向切削力的合力變化情況可知：隨切削長(zhǎng)度的增大，刀具急劇磨損，切削力上升很快，刀具磨損達(dá)到穩(wěn)定后，切削力略有下降，然后繼續(xù)增大。不同懸伸量的切削力大小不同，懸伸量15mm的切削力zui大，懸伸量19mm時(shí)切削力反而減小，這說明切削力和懸伸量無正比關(guān)系，并不是懸伸量越小，切削力越小。實(shí)際上，存在著一個(gè)不適合加工的懸伸量，當(dāng)超過該懸伸量后切削力反而減小。此外刀具達(dá)到穩(wěn)定切削的加工長(zhǎng)度也存在相同規(guī)律。
2切削振動(dòng)
記錄不同條件下的振動(dòng)時(shí)域波形，并進(jìn)行頻率分析。試驗(yàn)記錄的不同刀具懸伸量下振動(dòng)波形及其功率譜表明，振動(dòng)功率譜中出現(xiàn)的主要頻率成分為：每齒切刃嚙合頻率957.03hz及其倍頻1914.06hz和1669.92hz。從齒嚙合頻率fo的幅值變化情況來看，隨著切削長(zhǎng)度的增加，不同刀具懸伸量下的振動(dòng)幅值變化都有一個(gè)增加后減小再增加的過程。在刀具初期磨損階段，由于刀具磨損加快，切削力增加，振動(dòng)加強(qiáng)，隨后切削進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段，切削力相對(duì)初期磨損時(shí)小，振動(dòng)也會(huì)減小。但當(dāng)?shù)毒吣p達(dá)到一定程度，振動(dòng)再次加強(qiáng)。
隨著切削長(zhǎng)度的增加，試驗(yàn)范圍內(nèi)zui大懸伸量19mm的功率譜振幅幅度整體上zui小，這說明并不是刀具懸伸量越大，高速切削振動(dòng)就越強(qiáng)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是高速切削時(shí)激振頻率較大，懸伸量增加后可降低刀具的固有頻率，避免引起共振、顫振的發(fā)生，從而使切削過程中的振動(dòng)強(qiáng)度降低，因此可適當(dāng)提高懸伸量。
3刀具磨損和表面粗糙度
在體式顯微鏡下拍攝刀具后刀面磨損情況，利用圖形軟件計(jì)算磨損面積，由不同刀具懸伸量的刀具磨損曲線可見，刀具磨損面積隨加工長(zhǎng)度的增加而增大。但刀具磨損并不隨刀具懸伸量的增加呈正比關(guān)系，當(dāng)?shù)毒邞疑扉L(zhǎng)度為19mm時(shí)刀具磨損面積反而有所降低。這是因?yàn)殡S著懸伸量增加，刀具系統(tǒng)固有頻率升高使得振動(dòng)減小，刀具磨損相應(yīng)減小。不同刀具懸伸量下表面粗糙度的變化同切削力和刀具磨損的變化規(guī)律大體相同。當(dāng)懸伸量增大超過某一數(shù)值后，表面粗糙度有所減小。
結(jié)論
通過不同刀具懸伸量時(shí)高速銑削淬硬鋼材料過程中切削力、振動(dòng)、刀具后刀面磨損面積和表面粗糙度的變化，可得出以下結(jié)論。
增加刀具懸伸量長(zhǎng)度，切削力和切削振動(dòng)增大，刀具磨損加劇，表面質(zhì)量下降。但懸伸量長(zhǎng)度超過某一數(shù)值后，切削力、切削振動(dòng)和刀具磨損并不是一味的增加反而下降，加工質(zhì)量有所提高。對(duì)本實(shí)驗(yàn)采用的直徑2mm銑刀，懸伸量19mm時(shí)比15mm的加工效果更優(yōu)。因此進(jìn)行模具型腔加工時(shí)，在刀具成本允許的情況下，適當(dāng)增大刀具懸伸量，可以在一定范圍擴(kuò)大目前模具型腔加工時(shí)刀具加工范圍，避免進(jìn)行電火花加工，降低模具加工的綜合成本。