专利名称：提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法
技术领域：
本发明涉及机械加工，特别是涉及到车铣加工，在车铣加工过程中 通过各个加工参数的控制以达到提高回转零件的加工精度。
背景技术：
车铣加工常被应用在一些大尺寸、特殊表面形状的回转体零件的加 工中，比如叶轮、螺杆等。这些零件的表面精度要求一般较高，加工效 率较低。加工参数是影响加工表面质量和加工效率的重要因素，因此， 研究车铣加工参数对工件的表面形貌影响对于提高加工质量和加工效率 具有重要的现实意义。
车铣是利用铣刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件切削加工 的，其方法分为轴向车铣法和正交车铣法两种。研究车铣加工表面形貌 的传统方法是采用铣刀对工件包络运动这一思路，对车铣加工表面形貌 进行几何分析的方法。近年来，诸多学者采用这种方法，给出了车铣加 工后表面粗糙度的计算方法。但是加工表面的微观几何形貌不仅与表面 粗糙度有关，还与表面花纹的排列形式有关。应用几何分析法只能得到 表面粗糙度，而不能求出表面花纹的排列形式，因此不能得到加工表面 的微观几何形貌。要研究车铣加工表面形貌就需要研究出车铣加工表面 形貌各个参数不同取值的最佳比例。
人们在日常车铣加工的研究和实验当中，对车铣的表面形貌和加工 参数的关系存在一定的认识偏差。例如认为在车铣中的铣刀转速和回转 零件转速越高越好，即认为转速与加工精度成正比关系，但经过实验却
发现加工后零件的表面形貌与转速并非单纯的线性关系；再例如，在加 工零件转动一圈时铣刀的轴向推进量控制往往难以把握，并不易控制其 推进量与加工精度的关系等等。
发明内容
本发明的目的在于通过大量的实验以及建造相应数学模型，以寻求 回转零件在轴向车铣加工中各个工艺参数与零件表面加工精度的关系。 以达到生产实践当中运用恰当的加工工艺参数，最大程度地满足零件的 表面加工精度。
本发明的技术方案
本发明是以轴向车铣过程为研究对象，首先建立刀刃的数学模型， 根据坐标变换原理，导出加工过程中刀刃上任意点相对于工件的运动轨 迹方程；然后，在定义的三维网格模型上，求出铣削表面的微观形貌； 最后，详细讨论了转速比、刀刃数及轴向进给量对轴向车铣加工表面形 貌的影响。
一种提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法，在回转零件的车 铣加工中，铣刀和回转零件各自旋转，在回转零件的轴向上进行车铣加 工，加工的工艺参数如下
① 铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为Nl/N2=30 60;
② 铣刀的刀刃数大于4个；
③ 铣刀的轴向推进量为刀具长度的1/n， n为大于l的自然数。 作为上述工艺参数的一个优选方案，将铣刀的转速N1与回转零件的
转速N2的比值优化为Nl/N2 = 45 55。
作为上述工艺参数的一个优化方案，所述的铣刀的刀刃数8 12个， 这个数值选择既能够克服铣刀刀刃少带来的加工精度低的问题，又能为 铣刀的生产带来方便，不会因刀刃太多造成难以加工，或者大幅度提高 加工成本。
本发明的技术效果
本发明提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法通过大量的实验 以及编制模拟仿真软件对回转零件在轴向车铣加工中起到的作用做了分 析，最后得出一组最佳的工艺参数组合。利用该组参数组合可以解决以 往技术中为了提高加工精度盲目地提高转速，减少或增加推进量等方法
带来的费力费时而效果大不到要求的问题。在本发明的工艺参数范围内 选择最佳的组合，可以花费较少的成本达到最好的加工效果。
具体实施例方式
下面以具体的实施例来详细阐述本发明的提高回转零件在轴向车铣 中加工精度的方法
以回转零件螺杆作为工件来实际应用本发明的加工方法。其初始加 工工艺参数为
铣刀的半径R1二25腿；工件半径R2二50mm; 刀刃数Z二4;
铣刀的转速Nl与工件的转速N2的比值为30;轴向的推进量为 18mm/r;铣刀的长度为60ram。
在上述的加工条件下，轴向车铣加工后工件表面形貌状况为工件 表面有方形波状起伏，形似螺杆；方形波状突起处明显有棱存在，且这 些棱互相平行，但并不平行于工件中心线。
使转速比nl/n2在30-60范围内变化，并取轴向进给量为14、 18 及22mm/r，求得转速比与表面形貌的关系为当转速比增大时，工件表 面的粗糙度下降，两者关系接近二次曲线关系。
将刀刃数Z从3-6变化，并使轴向进给量从10-35 mm/r变化时，求 得刀刃数与加工表面形貌为当刀刃数上升时，加工表面粗糙度下降， 但是下降幅度与轴向进给量有关。进给量变化时，刀刃数为4的加工表 面粗糙度变化幅度大于刀刃数为6的表面粗糙度。
刀刃数为4的表面形貌存在方形波状起伏，而刀刃数为6的表面形貌 较为平坦，已经观察不到方形波状起伏，因此其表面粗糙度更低，表面 形貌也较好。
由以上讨论知道选择刀刃较多的刀具，不仅可以降低加工表面的 粗糙度，而且由于改善了方形波状表面形貌，可提高加工表面视觉效果。 因此，轴向车铣加工时，应尽可能选择刀刃较多的刀具。
使上述初始状态下的轴向进给量在10-35mm/r范围内变化时，求得 进给量与表面粗糙度的关系以及进给量与表面形貌的为表面粗糙度总 体上是随着进给量的增加而上升的，但在一定的区段内又是下降的。最 小表面粗糙度对应的进给量分别为30， 20， 15， 12， 10等。如果用刀具 长度60除以这个数列，则正好成为自然数列2， 3， 4， 5， 6等。这就是 说，当进给量为刀具长度的1/n (n为大于1的自然数)时，表面粗糙度 取得极小值。选择5个极小值，分别对应刀具长度的1/2至1/6。
铣刀进给量等于15至20mm/r的加工表面形貌分布如下当进给量 为15鹏/r时，工件表面平坦，无方形波状起伏，此时加工表面粗糙度达 到一极小值。随进给量增大，工件表面出现方形波状突起，并且突起部 分宽度不断增大，但突起部分的相对高度却逐渐下降，因此表面粗糙度 呈下降趋势。当进给量增大到20mm/r时，突起部分完全覆盖工件表面， 工件表面再次恢复平坦，加工表面粗糙度也达到另一极小值。工件表面 形貌随进给量的变化趋势说明进给量不等于刀具长度的1/n时，加工 表面起伏大，有方形波状形貌出现；当进给量等于刀具长度的1/n时， 则表面形貌平整。同时应该指出，轴向车铣加工时采用较小的进给量不 一定能得到较小的表面粗糙度，只有选择进给量为刀具长度的1/n，才 可以得到较小的表面粗糙度和较好的表面形貌。
实施例1
本实施例中采用提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法，在回 转零件的车铣加工中，铣刀和回转零件各自旋转，在回转零件的轴向上 进行车铣加工，在本实施例中的初始加工工艺参数为-.
铣刀的半径Rl-25mm;工件半径R2-50ram;刀刃数Z二6;
铣刀的转速N1与工件的转速N2的比值为60;铣刀的长度为60mm。 加工的工艺参数如下
① 铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为Nl/N^60;
② 铣刀的刀刃数为6个；
③ 铣刀的轴向推进量为刀具长度的1/2。
权利要求
1.一种提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法，在回转零件的车铣加工中，铣刀和回转零件各自旋转，在回转零件的轴向上进行车铣加工，其特征在于，加工的工艺参数如下①铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为N1/N2＝30～60；②铣刀的刀刃数大于4个；③铣刀的轴向推进量为刀具长度的1/n，n为大于1的自然数。
2. 根据权利要求1所述的提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方 法，其特征在于，所述的N1/N2二45 55。
3. 根据权利要求1或2所述的提高回转零件在轴向车铣中加工精度 的方法，其特征在于，所述的铣刀的刀刃数8 12个。
全文摘要
本发明涉及一种提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法，在回转零件的车铣加工中，铣刀和回转零件各自旋转，在回转零件的轴向上进行车铣加工，其加工的工艺参数如下①铣刀的转速N1与回转零件的转速N2的比值为N1/N2＝30～60；②铣刀的刀刃数大于4个；③铣刀的轴向推进量为刀具长度的1/n，n为大于1的自然数。利用本发明提高回转零件在轴向车铣中加工精度的方法得出一组最佳的工艺参数组合，可以花费较少的成本达到回转零件在车铣加工中最好的加工效果。
文档编号B23Q15/007GK101168234SQ20071017111
公开日2008年4月30日 申请日期2007年11月28日 优先权日2007年11月28日
发明者冯付良 申请人:冯付良