一种车削大螺距螺纹刀具后刀面磨损宽度的测量方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种螺纹车刀磨损程度的测量方法，具体涉及一种车削大螺距螺纹刀 具后刀面磨损宽度的测量方法。
【背景技术】：
[0002] 大螺距螺纹零件广泛应用于大型压力机、重型机床等制造装备中，起着紧固、联 接、调节、传递动力等重要作用，是影响机床可靠性的重要部件。此类零件的车削加工工序 采用径向全切深、左右交替式轴向进给切削方式，利用刀具左右切削刃分别形成梯形螺杆 左右螺纹面。为了减小精加工中的切削载荷，提高螺纹面加工精度和加工表面质量，其车削 精加工工序采用一把刀具经多次重复切削完成，对刀具左右切削刃的抗磨损性能和使用寿 命提出了较高要求。
[0003] 刀具切削刃及后刀面结构和切削行程是影响刀具磨损和使用寿命的两大因素。已 有的刀具磨损测量方法是通过刀具磨损实验，提取切削刃后刀面平均磨损宽度、切削刃后 刀面中段平均磨损宽度或最大磨损宽度，获得刀具磨损特性曲线，揭示刀具后刀面磨损宽 度随切削行程变化的特性，利用刀具磨钝标准计算刀具的使用寿命。上述方法采用磨损宽 度平均值和最大值描述刀具磨损特性掩盖了刀具磨损沿切削刃长度方向上的变化特性，仅 反映出刀具磨损随切削行程变化的平均性质，无法揭示出切削刃及后刀面结构对刀具磨损 的影响，适用于评定参与切削的切削刃长度较短的外圆车刀的使用寿命，在评价大切削深 度、长刃切削的刀具磨损上存在较大偏差，无法准确计算刀具使用寿命，难以获得高抗磨损 性能的刀具和优良的切削工艺方案。而用于加工具有较深螺纹槽的大螺距螺纹车刀，其参 与切削的切削刃长度是一般外圆车刀切削刃长度的十几倍甚至数十倍，车削大螺距螺纹时 刀具切削刃上热力载荷分布不均匀使得刀具后刀面磨损沿切削刃方向上的分布呈现多样 性。
【发明内容】
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[0004] 本发明为克服上述不足，提供了一种车削大螺距螺纹刀具后刀面磨损宽度的测量 方法，可在参与切削的切削刃长度范围内测量、提取刀具左右后刀面磨损宽度数据，构建刀 具左右后刀面磨损宽度分布函数，揭示出沿切削刃长度方向刀具磨损位置改变和切削行程 增加对后刀面磨损宽度的影响特性。
[0005] 本发明的车削大螺距螺纹刀具后刀面磨损宽度的测量方法，为实现上述目的所采 用的技术方案在于其包括以下步骤：
[0006] -、通过带有左右切削刃的测试刀具车削大螺距螺纹试件，具体是保持测试刀具 的径向切深与大螺距螺纹试件的螺纹槽深相一致，按每转进给量16mm沿试件轴向方向从 右至左分别进行左右切削刃交替式单侧逐层切削；
[0007]二、采用超景深显微镜获取重复多次切削后的测试刀具的左右后刀面磨损图像， 在获取的图像中以测试刀具的左右刀尖为原点，在参与切削的切削刃长度范围内选取k个 采样点，分别提取k个采样点位置处的左右后刀面磨损宽度数据；
[0008] 三、根据获取的测试刀具的左右后刀面磨损宽度数据，建立测试刀具后刀面磨损 m ^ η 宽度的分布函数=(υ'）=ΣΣ a//，式中，X为沿切削刃长度方向磨损位置距刀尖距离， y为切削行程，z为刀具后刀面磨损宽度，m和η分别是在二元高次拟合多项式中出现的X和y 的最高次幂，i、j分别是X和y的次幂，多项式中各项系数；
[0009] 四、通过此分布函数反映刀具后刀面磨损宽度随切削刃位置改变和切削行程的增 加而不断变化的特性。
[0 010 ]作为本发明的进一步改进，步骤一中测试刀具的转速η为10 r p m、每次沿轴向切削 的加工余量apf均为0.05mm，此为车削大螺距螺纹加工中常用的刀具切削参数，测试刀具的 左切削刃共重复切削32次，测量测试刀具磨损4次;测试刀具的右切削刃共重复切削39次， 测量测试刀具磨损5次。
[0011] 作为本发明的进一步改进，步骤二中，沿测试刀具的切削刃长度方向每隔0.75mm 取一测量点，此距离可清晰显示各测试点的图像，共获得距刀尖不同距离的10个采样点为 测量位置，可通过此10个采样点分别检测测试刀具左右后刀面的磨损宽度随切削行程的变 化。
[0012] 作为本发明的进一步改进，步骤三中，测试刀具后刀面磨损宽度的分布函数的二 元高次拟合多项式为：
[0013] Z ( X , y ) = P00+P10X+P20X2+P30X3+P40X4+P50X 5
[0014] +p〇iy+p〇2y2+p〇3y3+p〇4y4
[0015] +pnxy+pi2xy2+pi3xy3+pi4xy 4
[0016] +p2ix2y+p22x2y2+p23x 2y3
[0017] +p3ix3y+p32x3y2+p4ix 4y
[0018] 式中，x为沿切削刃长度方向磨损位置距刀尖距离(mm)，y为切削行程(m)，z为刀具 后刀面磨损宽度(μπι)，x的最高次幂m为5,y的最高次幂η为4,通过此二元高次拟合多项式 获得分布函数，通过分布函数中各项系数的对比，定量描述测试刀具后刀面的磨损状态，评 定不同切削行程条件下刀具左右后刀面在磨损宽度上的差异性。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述测试刀具的左右刃夹角为28° 14'，且两个切削 刃的刃倾角k和前角γ 〇均为0°，其中，左刃后角<^*6° 12'、刀尖角erSl〇5° 16'、主偏角Kr为 74°44'；右刃后角€(2为2°34"、刀尖角4为102°58'，主偏角1^为102°58'，测试刀具的材料为 高速钢W18Cr4V，其左、右切削刃的刃口半径分别为35.22μπι和36.02μπι、左切削刃刃长1!为 22.70mm、右切削刃刃长1 2为26.55mm、顶切削刃的刃长13为3.83mm。该几何角度及切削尺寸 的测试刀具在车削大螺距螺纹试件的精加工中，其几何角度和几何参数能够使试件达到螺 距16mm梯形外螺纹的结构和加工质量要求，并使其左右切削刃可分别重复切削40次以上， 以保证测试刀具满足车削大螺距螺纹的长切削行程的工艺要求。
[0020] 作为本发明的进一步改进，所述螺纹试件为螺旋升角2° 36'的梯形右旋外螺纹试 件，其整体长度为200mm、两端直径为100mm、两端长度分别为30mm和10mm、中段长度为 160mm、中径为112mm、内径为104mm、螺距为16mm、材料为经调质处理的35CrMo。该螺纹试件 的规格尺寸和材质与压力机上的大螺距梯形外螺纹工件待加工部位的规格尺寸和材质相 一致，其左螺纹面加工余量为1.7mm、右螺纹面加工余量为1.35mm，采用小余量多次切削的 累计切削行程和切削次数与大螺距梯形外螺纹车削加工的实际切削工艺状况相同，采用该 试件进行车削实验获得的刀具左右后刀面磨损结果能够反映出大螺距梯形外螺纹车削加 工过程中刀具的磨损状态。
[0021]本发明的有益效果是:本发明通过车削大螺距螺纹刀具磨损实验，利用重复多次 切削后的刀具左右后刀面磨损检测图像，沿切削刃长度和切削行程两个方向上提取刀具后 刀面磨损宽度数据，构建刀具左右后刀面磨损宽度分布函数，揭示出刀具切削刃及后刀面 结构和切削行程对后刀面磨损宽度的影响特性，不仅反映出刀具后刀面磨损随切削行程增 加在切削刃长度方向上的变化，而且反映出不同切削行程阶段刀具后刀面磨损最大值位置 的改变，可准确定位出用于计算刀具使用寿命的后刀面磨损部位，为刀具切削刃结构设计 和高效切削工艺设计提供了依据。采用该方法能够揭示出参与切削的刀具切削刃长度范围 内不同位置处后刀面磨损宽度随切削行程的演变特性，可用于定量描述车削大螺距螺纹刀 具后刀面磨损状态，评定左右切削刃结构和刀具与工件接触关系不同所导致的这种磨损宽 度分布特性上的差异性。该方法适用于揭示刀具抗磨损机制，可精确计算刀具使用寿命。
【附图说明】：
[0022]图1为测试刀具尺寸示意图；
[0023]图2为测试刀具几何角度示意图；