盤（pán）銑刀銑削過程中刀具磨損研究
2024-8-19 來源：- 作者：-
摘要：為（wéi）實現對（duì）盤銑刀銑削轉子過程中刀具磨損率預測，達到預測刀具有效加工時間的目的，采用線性回歸方法建立了刀具磨損率預測模型（xíng），並（bìng）驗證了模型的準確（què）性；基於該模型分（fèn）析了工藝參數對刀具磨損率的影（yǐng）響規律。研究結果（guǒ）表明：當主軸轉速增加（jiā）時，刀具磨損率逐漸增大；當間歇進給量增加時，刀（dāo）具磨損率先減小後增大（dà）；當加工倍率（lǜ）增加時，刀具磨損率逐漸增加。
關鍵詞：螺（luó）杆轉（zhuǎn）子；銑削；刀具磨損率
０ 引言
在現代化生產加工過程中，針對（duì）螺杆轉子的銑削加工標準（zhǔn）不斷提高［１］。而刀具質量是決定被加工工件性能的關鍵因素之一，故對螺杆（gǎn）轉子刀具磨損量進行精（jīng）準預測從而進（jìn）行（háng）加工工藝參數選取與控製具有（yǒu）現實意義。
隋建波等［２］為了預測不同（tóng）參數（shù）對應的（de）刀具（jù）磨損曲線，根據 ＰＣＢＮ 刀具切削蠕墨鑄鐵實驗（yàn）建立出刀具磨損機（jī）理模型，並進一步推導出（chū） ＰＣＢＮ 刀具的磨損率函數。ＬｉｕＣｈａｎｇ等［３］為了能夠預測在（zài）ＭＭＣｐ鑽（zuàn） 井 過程中刀具磨損量，結合刀具磨損特性、機理以及結（jié）構，采用理論建模（mó）法推導出新（xīn）型刀具磨損率模型並驗（yàn）證了（le）模型的準確性，有助（zhù）於提（tí）高（gāo）刀具的使用壽命。
以上研究對（duì）於刀具磨損壽命預測均具有理論（lùn）指導意義，然而上述研究主要針對平麵或簡易（yì）曲麵刀具磨損（sǔn）程度進行研究，針對螺杆轉子等（děng）複雜曲麵的刀具磨（mó）損研究較少，故本文采用多元線性回（huí）歸方法建立盤銑刀銑削具有螺旋特征表麵的螺杆轉子的刀（dāo）具磨損率預測模型，為預（yù）測刀具有效工作時（shí）間（jiān）提（tí）供理（lǐ）論指（zhǐ）導。
１、盤銑刀銑削螺杆轉子實驗
１．１ 實驗設備（bèi）及條件
本實驗加工設備（bèi）為 ＬＸＫ－３００Ｇ 螺杆專（zhuān）用銑床，如圖（tú）１所示。該銑床采用無瞬（shùn）心包絡方法加工（gōng）螺旋槽類零（líng）件；使用刀具為盤銑刀，如圖２所示，銑（xǐ）刀片為ＶＢＭＴ１６０４１２型菱形刀片；工件材料為４５鋼。
１．２ 實驗方（fāng）案
隨機選擇一個刀片做好標記，分別記錄刀（dāo）具的磨損變化量，將（jiāng）單（dān）位時間刀具磨損變化量（刀（dāo）具磨損率）作為實驗結果指標，這裏將後刀（dāo）麵磨損寬度作為衡量刀具磨損量值，為降低測量誤差，在後刀麵磨損寬度均勻處隨（suí）機取３個點（diǎn）測量並取所有結果（guǒ）的平（píng）均值。為了便於實驗開展（zhǎn），本（běn）次實驗（yàn）不考（kǎo）慮刀具破（pò）損、崩刃等特殊情況發生。
加（jiā）工工藝參數分別為刀具主軸轉（zhuǎn）速、間歇進給量、加工倍率。每個加工參數平均（jun1）分為（wéi）５個水平值，各參數水平取值見（jiàn）表１。
１．３ 實驗結果
采用的正交表 Ｌ２５（５３）及實（shí）驗結果如表２所示。
１．４ 極差分析
采用極差分析法對刀具（jù）磨損模型進行分析，可判斷（duàn）工藝參數影響實驗結果的主次排序［４］，極差分析結果如表３所示。
表３中，ｋ１～ｋ５ 分別（bié）為主軸轉速ｎｗ、間歇（xiē）進給量ｆｗ、加工 倍 率 Ｆｗ 在 水 平１～５下 刀 具磨損率的平均值，Ｒ 為不同參數極差值，Ｒ 值越大代（dài）表該參數對刀具（jù）磨損率影響越大。故（gù）由表３可知，對刀具磨損率影響最大的參數依次排（pái）序為加工倍率、主軸轉 速、間歇 進給量。
圖３為銑刀主軸轉速、間（jiān）歇進給量以及加（jiā）工倍率（lǜ）對刀具（jù）磨損（sǔn）率的影響規律。
由圖３（ａ）可知，當主軸轉速ｎｗ 增加時，刀具磨損率呈現逐漸增大的趨勢。這是由於增加主（zhǔ）軸轉速，單位時間內銑刀片與工件接（jiē）觸的次（cì）數增多，刀（dāo）片受到工件作用力（lì）的次數也隨之增大，造成切削刃附（fù）近磨損（sǔn）較為（wéi）嚴重。
由圖３（ｂ）可知，當間歇進給量（liàng）ｆｗ 增加時，刀具磨損率先減（jiǎn）小後增大。分析其原（yuán）因主要是：適當地增加間歇進給量，能夠增加切（qiē）削材料厚度，從而切屑變形係數減低，切（qiē）屑對（duì）工（gōng）件的作用力有所下降，刀具磨損速度變緩；當間歇進給量持（chí）續增大時，切屑厚（hòu）度明顯增加，刀具對工件的切削（xuē）力增大，刀具發生磨損（sǔn）的速度（dù）明（míng）顯增加。
由圖３（ｃ）可（kě）知，當加（jiā）工倍率Ｆｗ 增加（jiā）時，刀具磨損變化率是逐漸增大的。這是由於（yú）提高加工倍率，刀具進給速度增（zēng）加，刀具和工（gōng）件的接觸力增大，刀具磨損速度增加較快（kuài）。
２、刀具磨損率模（mó）型建立
２．１ 建立刀具磨損率經驗模型
由上述實驗可知，刀具磨損率和主軸轉速、間歇進給量（liàng）、加工（gōng）倍率均存在相關性，且與加工時間具（jù）有正相關（guān）性［５］。在刀具未進入（rù）劇烈磨損階段之前，刀具磨損隨（suí）時間變化近似為（wéi）線性關係（xì），將刀具未加工工件之前的磨損量記為０，當加工時間為 ＴＭ 時，則（zé）刀具磨損率ＶＢＭ 表達式為：
其中：ΔＶＢ 為刀具（jù）磨損變化量。
式（４）為盤銑刀磨損率的經（jīng）驗模型，由於刀具的初期磨損（sǔn）和劇（jù）烈磨（mó）損時間較為短暫，故不予考慮（lǜ），僅測量穩定（dìng）磨損時期的刀具磨損量。
２．２ 磨損率模型的假（jiǎ）設檢驗
２．２．１ 模型的顯著性檢驗
利用Ｆ 檢驗法，即使用統計量Ｆ［７］進行（háng）檢驗，Ｆ 表達式為：
3.07，可（kě）得該刀具磨損模型高度顯著。 ２．２．２ 預測模型（xíng）的驗（yàn）證
為進一步驗證所建立（lì）模型的準確性（xìng），設置５組切削實驗，如表４所示，在保證實驗設備不變的情況下比較（jiào）預測值（zhí）與實驗值，得到預測值與實驗值的誤差，如表５所（suǒ）示。
由（yóu）表５可（kě）知，預測誤差比範圍在５.６１％ ～１５．４７％之間，故（gù）所建模型有較高的預測精度，可對盤銑刀片進（jìn）行有效預測。
３、結論
（１）設置盤銑刀片銑（xǐ）削螺（luó）杆轉子實驗，采用線性回歸方法建立了盤銑刀具磨損率預（yù）測模型，並驗證了模型的準確性，為有效預測銑刀片的加工時間提供了理論指導。
（２）利用極差分析法得到了（le）工藝參數對（duì）刀具磨損率的影響規律，結果表明：當（dāng）主軸轉速和（hé）加工倍率增加時，刀具磨損率總體呈現增大趨勢，當間（jiān）歇進（jìn）給量增加時，刀片磨損率先減小後增加。
作者：辛明澤１，２，孫興偉１，２，董祉序１，２，劉 寅（yín）１，２，袁立誌（zhì）３，楊赫（hè）然１，２
來源：（１．沈（shěn）陽工（gōng）業大學 機械工程學（xué）院（yuàn）， 遼寧省複雜曲（qǔ）麵數控製造技術重點實驗室 ３．川慶鑽探工程有限公司 長慶鑽井（jǐng）總公司 ）
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