摘要：针对数控车削阶梯轴过程中出现的种种加工误差现象，本文从加工工艺和力学的角度，通过仿真模拟深入探讨了切削三要素，即切削速度、进给量、背吃刀量对阶梯轴加工精度的影响规律，并提出提高阶梯轴加工精度的具体措施。
关键词：数控车削；阶梯轴；加工精度；仿真模拟
1 切削三要素对切削力影响
在加工过程中，切削用量的改变直接影响着切削力的变化，从而间接地影响着零件的机械加工精度,本文试验研究材料为45#钢。
1.1切削速度对切削力的影响
在刀具前角相同的情况下，随着切削速度的增加，切削力的变化是不一样的。前角在15～50°之间时，随着切削速度的增大，切削力呈先增大后减小的趋势，并且减小的幅度相对来说比较大。当前角为20°和25°时，切削力并没有随着切削速度的增加而增大，而是基本保持不变。应用有限元软件DEFORM软件在以切削速度为变量，其他切削参数、刀具几何角度不变的情况下，进行了7次切削加工模拟，有限元模型如图2所示。切削速度与主切削力的变化趋势见图1。结果表明：随着切削速度的增加，切削力先是增加到一定程度后，又开始下降，随着速度的继续增大，切削力变化趋缓。
1.2 切削深度和进给量对切削力的影响
切削深度和进给量的增大都会使切削面积增大，从而使变形抗力和摩擦力增大，切削力也随之增大。但切削深度和进给量对切削力的影响大小不同，当用高速钢或硬质合金刀具加工时，切削深度增大1倍，主切削力也增大1倍；进给量增大，切削功率增大，切削力也相应增大，但由于进给量增大，切削厚度也成正比例增大。变形系数减小，摩擦系数降低，又会使切削力减小，这种正反作用的结果使切削力的增大与进给量不成正比。切削深度和进给量（切削层的宽度）是切削加工中影响切削效率的2个主要因素，以下分别就切削速度和进给量做单因素模拟仿真，仿真结果见表1-1。
由表1-1绘制曲线图3和图4。从切削深度和进给量与切削力的关系曲线可以看出，切削力的大小与进给量、切削深度基本上成正比关系。在本次模拟中，随着切削深度的增加，切削面积增大，摩擦系数没有太大变化，刀具需要克服金属形变，切削力增大，金属变形系数随切削层厚度的增加而减小，切削力会降低，但相比与金属体积增大带来的切削抗力增加量来说，这一变化很小，所以切削深度对切削力的影响基本成正比关系。进给量的增加同样正比于切削面积的增大，摩擦力和金属变形系数都没有太大变化，因此切削力与进给量保持正比增长关系。对阶梯轴的端面、表面粗加工、表面精加工及切槽的仿真刀路如图5所示。
2 切削三要素对阶梯轴表面质量的影响
2.1切削用量对零件机械加工表面质量的影响
一般情况下，提高切削速度可以减小切削变形，降低切削力，提高加工表面质量。同时在高速切削的条件下，积屑瘤和鳞刺高度会降低甚至消失。随着刀具材料性能的不断改进，切削速度呈逐渐提高的趋势。当切削速度的提高受到限制时，应针对影响表面质量的主要因素与其它条件相配合，确定合理的切削速度。
2.2切削深度和走刀量对零件机械加工表面质量的影响
加大切削深度与走刀量，会使切削层截面积增加，切削变形量及切削力也随之增加，并引起基本变形区的扩大，从而造成对表面质量的不利影响。同时，走刀量的加大会使残留面积高度增加，导致光洁度下降。因此，在精加工中，常采用较小的切削深度和走刀量。在各方面条件允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，减少走刀次数。为保证加工表面质量，可留少许精加工余量。
参考文献
[1]高琪,祖英利,万金贵.对阶梯轴不同轴径的数控加工误差分析[J].机床与液
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[2] 张谦.数控车刀尖高度对阶梯轴加工精度的影响[J].机械制造与自动化,
2010, 39(5):37-38.
论文作者:赵强 于嘉琦 王斌 郝英达
论文发表刊物:《科技中国》2017年12期
论文发表时间:2018/5/2
标签：切削力论文; 加工论文; 速度论文; 深度论文; 阶梯论文; 表面论文; 精度论文; 《科技中国》2017年12期论文;