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鏟齒刀具參數(shù)研究管理論文范文
1前言
為使每次重磨后的刀齒刃形保持不變,并且具有適當(dāng)?shù)暮蠼?常將成形銑刀、滾刀等成形刀具的后刀面在鏟齒車床上用鏟削(鏟磨)的方法進(jìn)行加工,此類刀具通稱為鏟齒刀具或鏟齒成形刀具。由于鏟齒刀具的結(jié)構(gòu)所限,鏟磨時不能采用大外徑的鏟磨砂輪,并需將齒背按比例做成二次鏟削形式,否則將會發(fā)生鏟磨干涉和齒背凸臺現(xiàn)象。因此在鏟齒刀具設(shè)計時,需要對所選取的刀具基本參數(shù)進(jìn)行鏟磨干涉校驗。如果校驗表明會發(fā)生鏟磨干涉,就必須修改所選定的刀具結(jié)構(gòu)參數(shù),即刀具外徑De、刀具端面齒數(shù)Zk、刀具容屑槽角θ;刀具加工工藝參數(shù),即鏟削量K、齒背鏟磨長度Sz,或者鏟磨砂輪外徑Ds,再作校驗,直至不發(fā)生干涉為止。在參數(shù)修改過程中,基本憑個人經(jīng)驗,鏟磨砂輪的外徑采用定值（60mm）,齒背鏟磨長度也以比例形式(齒背鏟磨部分的齒頂長度Sz與整個齒背的齒頂全長Sc之比p)固定取為1∶2或2∶3,效率低、主動性差、缺乏柔性,更沒有考慮各參數(shù)間的合理配置,不符合優(yōu)化設(shè)計的原則。本文在典型算例的基礎(chǔ)上,以解析方式通過敏感性分析給出了基于無鏟磨干涉時鏟齒刀具基本參數(shù)確定的原則及合理次序。
2鏟磨干涉校驗的基本原理
鏟磨干涉校驗一般都是以刀具的端面投影圖為基礎(chǔ)進(jìn)行的。如圖1所示,當(dāng)表示下一個刀齒前刀面上鏟磨齒形最低點的b位于直徑為Ds的鏟磨砂輪外徑圓上或圓內(nèi)時,則表示會發(fā)生鏟磨干涉,需要進(jìn)行參數(shù)修改。由文獻(xiàn)［4］中可以得出發(fā)生鏟磨干涉時鏟磨砂輪的最小外徑（Dsg）min，即b點恰好位于Ds圓上時Ds所具有的臨界值。（Dsg）min可用(1)式計算:
�。�1）式中:xb、yb和xa、ya——b點和a點(齒底鏟背曲線上的鏟磨終止點)的直角坐標(biāo);
αa——a點法線與x軸的夾角。
當(dāng)實際采用(或設(shè)計時擬采用)的鏟磨砂輪外徑Ds≥（Dsg）min時,需要重新選取更小的Ds或進(jìn)行參數(shù)修改使（Dsg）min增大。由于結(jié)構(gòu)上的限制,Ds不能任意小,通常具有一個下限（Ds）min,一般定為60mm。因此,無干涉的鏟磨砂輪外徑Ds應(yīng)≥（Ds）min,且＜（Dsg）min,并應(yīng)盡量接近（Dsg）min以提高鏟磨效率和鏟磨質(zhì)量。若（Dsg）min≤（Ds）min,則只能采用參數(shù)修改的方法來避免干涉。
3典型算例的分析與研究
3.1典型算例的參數(shù)
刀具外徑端面齒數(shù)齒形高度容屑槽角槽底圓弧半徑齒背形式后角一次鏟削量二次鏟削量鏟磨長度比例發(fā)生鏟磨干涉時的最小砂輪外徑DeZkhθrαKK1p（Dsg）min90101025°1．75Ⅰ11．98°690．583．48
3.2敏感性分析
根據(jù)表1的基本參數(shù),采用單因素法,對各參數(shù)改變后對（Dsg）min變化的影響程度進(jìn)行敏感性分析。分析采用變化幅值比和變化比值作為評價指標(biāo)。變化幅值比為變化幅值與表1中所列的基本幅值之比,變化比值則為相關(guān)的變化幅值比之比。
圖2給出了基本參數(shù)改變后（Dsg）min的變化情況。
由圖2中可以看出:當(dāng)De增加(變化幅值比為22．22％）時,（Dsg）min逐步增大(變化幅值比為84．81％,變化比值為3．82)；當(dāng)Zk增加(變化幅值比為40％)時,（Dsg）min逐步減小(變化幅值比為256．64％，變化比值為6．42)；當(dāng)θ增加(變化幅值比為68％)時,（Dsg）min逐步增大(變化幅值比為73．37％,變化比值為1．08)；當(dāng)K增加(變化幅值比為83．33％)時,（Dsg）min逐步減小(變化幅值比為279．46％，變化比值為3．35);當(dāng)p增加(變化幅值比為120％)時,（Dsg）min逐步減小(變化幅值比為719．56％，變化比值為6．00)。
按變化幅值比,p最大,其次分別為K和Zk,再后為De和θ。變化幅值比反映了在基本參數(shù)附近取值時的絕對變化狀態(tài),說明了參數(shù)對（Dsg）min的絕對影響。按變化比值,Zk最大,p次之,再其次分別為De和K,θ最小。變化比值說明了參數(shù)對（Dsg）min的客觀影響程度。
�。╝）De改變后（Dsg）min的變化情況
�。╞）Zk改變后（Dsg）min的變化情況（c）θ改變后（Dsg）min的變化情況
（d）K改變后（Dsg）min的變化情況（e）p改變后（Dsg）min的變化情況
綜之,（Dsg）min對Zk和p的敏感性大,De和K次之,θ最小,這與實際情況相符。
3.3基本參數(shù)改變后對后角的影響
當(dāng)De、Zk和K變化時,會對刀具后角α產(chǎn)生影響。由圖3中可知,當(dāng)De增加時,α逐步減小(變化幅值比為29．88％，變化比值為1．34);當(dāng)Zk增加時,α逐步增大(變化幅值比為38.90%,變化比值為0.97);當(dāng)K增加時,α逐步增大(變化幅值比為80.22%,變化比值為0.96),三者與α之間的變化關(guān)系基本呈線性,且增減趨勢均與對（Dsg）min增減趨勢相反。K的影響較大,Zk和De次之。
（a）De改變后對后角的影響（b）Zk改變后對后角的影響
�。╟）K改變后對后角的影響
4基本參數(shù)確定的原則及次序
(1)De在無嚴(yán)格要求時才可以適當(dāng)改變,但變化幅度不能大,否則切削扭矩大,浪費刀具材料。De小幅變化時,對（Dsg）min和α的影響不是很大,可作為輔助修改參數(shù)。
(2)Zk的變化將會顯著改變刀具結(jié)構(gòu),是最為重要的一個結(jié)構(gòu)參數(shù)。在保證刀齒強度和重磨次數(shù)的條件下,應(yīng)盡量取大值。在其它參數(shù)修改無效和難以修改時,減小Zk可以明顯達(dá)到無干涉的目的。由此所引起的α的減小可通過其它參數(shù)的反向修改而補償。
(3)θ的變化對（Dsg）min的影響不大,可作為對α有較高要求時的輔助修改參數(shù)。
(4)K對（Dsg）min的影響程度沒有對α的影響程度大,只適合在對α變化要求不高的情況下采用。
(5)p只在采用Ⅰ型齒背時才具可變性。此時,通過p的變化可以有效地控制（Dsg）min,并且與α無關(guān)。同時,p還可以任意連續(xù)變化,實現(xiàn)微量調(diào)整。
(6)參數(shù)修改時需根據(jù)（Ds）min與（Dsg）min之間差值的大小有選擇地進(jìn)行。若差值不大,則可按p、θ、De（允許改變時）、K、Zk的次序進(jìn)行修改。若差值較大,則說明參數(shù)設(shè)計(選擇)不合理,應(yīng)首先考慮修改Zk和p,然后按K、De(允許改變時)和θ的次序進(jìn)行調(diào)整,以滿足實際要求(包括α)。
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