用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法
【专利说明】
[0001]
技术领域： 本发明涉及一种高速铣削淬硬钢的加工方法，具体涉及一种用于解决切削效率与加工 表面质量冲突的淬硬钢加工方法。
[0002]
【背景技术】： 现有的以加工表面粗糙度为工艺设计目标的淬硬钢高速铣削方法，并未有效控制高速 铣削加工表面的形成过程，受刀具振动影响，淬硬钢切削效率与加工表面质量之间存在工 艺冲突，无法满足高效加工大型精密淬硬钢模具的需求。
[0003] 高速球头铣刀是一种典型的高速铣削刀具，在汽车大型淬硬钢模具型面的精加工 中应用广泛。淬硬钢加工表面硬度超过HRC55,在高速铣削中存在较大的弹性回复，由此引 起的刀具振动极易导致淬硬钢加工表面质量恶化，直接影响模具使用寿命。
[0004] 高速铣削淬硬钢模具时，一方面要求以极大的金属去除率来减少占机时间，另一 方面要求低切削振动和高加工表面质量。目前，在淬硬钢高速铣削加工表面形貌研宄方面， 主要采用单因素控制变量法，针对影响加工表面粗糙度显著的高速铣削参数进行研宄和建 模，较少全面综合考虑多特征量之间交互作用对高速铣削加工表面形成过程的影响，切削 参数与刀具之间的协同性较差，无法获得优良的工艺方案。
[0005]
【发明内容】
： 本发明的目的是提供一种用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法。
[0006] 上述的目的通过以下的技术方案实现： 一种用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，其组成包括：两把或 四把高速球头铣刀，揭示所述的高速铣刀切削效率与加工表面质量冲突问题的实验方法， 所述的高速铣刀切削运动轨迹的修正方法，反映所述的高速球头铣刀悬伸量变化和振动对 加工表面形貌影响的加工表面残留单元，解决所述的高速球头铣刀切削效率与加工表面质 量冲突的切削淬硬钢工艺方案。
[0007] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，两把所述的高 速球头铣刀，直径20mm，具有相同结构，分别以转速4000 rpm、进给速度3000 mm/min、行距 0. 4mm、切削深度0. 2 _，和转速2000 rpm、进给速度1800 mm/min、行距0. 5_、切削深度 0.1 mm两种工艺方案，进行切削淬硬钢对比实验，揭示出高速铣刀切削效率与加工表面质量 的冲突。
[0008] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，四把所述的 高速球头铣刀分别具有不同的模态参数，四把所述的高速球头铣刀悬伸量分别为92mm、 100111111、105111111、110111111，其直径为20111111，以转速5000 印111、进给速度3000 111111/111；[11、行距0.3111111、 切削深度0. 2 mm、铣刀加工倾角15°的工艺方案，进行高速铣削硬度HRC 55~60的Crl2M0V 淬硬钢加工表面形貌实验，获得所述的高速球头铣刀振动对淬硬钢加工表面形貌的影响特 性。
[0009] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，利用所述的高 速球头铣刀与工件和机床系统的运动关系，建立所述的高速球头铣刀切削运动轨迹方程， 采用所述的高速球头铣刀振动和刀片安装误差引起刀具坐标原点位移增量，对所述的高速 球头铣刀切削运动轨迹方程进行修正，确立加工表面形貌形成条件。
[0010] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，利用所述的高 速球头铣刀的刀-工接触关系，和所述的高速球头铣刀相邻切触点处切削层参数，构建所 述的高速球头铣刀加工表面残留单元，该加工表面残留单元结构参数包括：沿行距方向上 的残留单元长度UP 1 ?，沿进给方向上的残留单元长度1"和I f2，残留单元最大高度hmax， 行距方向最高点剖面上的残留单元高度hel，行距方向最低点剖面上的残留单元高度h e2，进 给方向最高点剖面上的残留单元高度hfl，和进给方向最低点剖面上的残留单元高度h f2。
[0011] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，采用所述的高 速球头铣刀加工表面残留单元结构参数，获得行距方向残留单元最大高度h Max，进给方向 残留单元最大高度hf_，沿行距方向上的残留单元最大长度Ieniax，沿进给方向上的残留单元 最大长度I fniax。
[0012] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，采用权利要求 5、权利要求6所述的方法，采用权利要求5、权利要求6所述的方法，提取出残留单元在加工 表面法向上的分布均匀程度Ah max，加工表面残留单元在进给和行距方向上长度的变化程度 Δ 1，和残留单元分布方向与进给方向夹角qpw，定量描述加工表面形貌的变化和铣刀切削形 成的加工表面纹理。
[0013] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，采用权利要求 4、权利要求7,进行直径20mm，悬伸量为92mm的2齿所述的高速球头铣刀加工表面形貌仿 真，按加工表面残留单元高度和单元分布均匀程度，获得满足切削效率1200 mmVmin要求， 所述的高速球头铣刀振动振幅达到最小值3. 7 μπι，加工表面残余高度达到最小值0. 6 μπι 的工艺方案为转速5000 rpm、进给速度4000 mm/min、行距0.3mm、切削深度0.2mm、所述的 高速球头铣刀加工倾角15°。
[0014] 所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，利用与权利要 求8所述的相同的四把所述的高速球头铣刀，在相同的切削深度0. 2_和所述的高速球头 铣刀加工倾角15°条件下，分别以转速3000 rpm、进给速度2400 mm/min、行距0.5mm，转速 4000 rpm、进给速度 3000 mm/min、行距 0· 4mm，转速 5000 rpm、进给速度 4000 mm/min、行距 0. 3mm，转速6000 rpm、进给速度3600 mm/min、行距0. 3mm四种工艺方案，进行所述的高速 球头铣刀切削实验，按切削效率最高、加工表面质量最优评价指标，获得了与权利要求8所 述的相同的高速铣削淬硬钢工艺方案。
[0015] 有益效果： 1.本发明是提供一种高速铣削淬硬钢的加工方法。该方法利用高速铣削淬硬钢实验， 获得了高速铣刀切削振动对加工表面形貌影响特性，采用刀具坐标原点位移增量，对铣刀 切削运动轨迹进行修正，确立了加工表面形貌形成条件，利用高速球头铣刀加工表面残留 单元变形和分布特性，描述高速球头铣刀加工表面形貌特征，获得满足淬硬钢高效切削和 高加工表面质量要求的工艺方案，适用于解决因铣刀模态参数下降和铣刀振动导致的加工 效率与加工表面质量的冲突问题。
[0016] 本发明与已有的淬硬钢高速铣削工艺方法存在本质的区别，已有的淬硬钢高速铣 削工艺方法，以加工表面粗糙度为设计目标，并未有效控制高速铣削加工表面的形成过程， 获得的加工表面形貌具有多样性和不确定性，无法满足高效加工大型精密模具的需求，而 本发明是通过高速铣削淬硬钢实验，利用高速铣刀切削振动对加工表面形貌影响特性，综 合考虑高速铣刀切削效率、模态、切削振动、刀具切削运动轨迹多个特征量之间交互作用对 高速铣削加工表面形成过程的影响，建立铣刀振动条件下的加工表面形貌特征模型，通过 多工艺方案仿真与实验，提出了解决高速铣削淬硬钢中的切削效率与加工表面质量冲突问 题的工艺方法。
[0017]
【附图说明】： 附图1是本发明的淬硬钢加工表面形貌图。
[0018] 附图2是悬伸星92mm铁刀振动实验结果图。
[0019] 附图3是悬伸量IOOmm铣刀振动实验结果图。
[0020] 附图4是悬伸量105mm铣刀振动实验结果图。
[0021] 附图5是悬伸量IlOmm铣刀振动实验结果图。
[0022] 附图6是悬伸量92mm铣刀切削淬硬钢实验的加工表面形貌图。
[0023] 附图7是悬伸量IOOmm铣刀切削淬硬钢实验的加工表面形貌图。
[0024] 附图8是悬伸量105mm铣刀切削淬硬钢实验的加工表面形貌图。
[0025] 附图9是悬伸量IlOmm铣刀切削淬硬钢实验的加工表面形貌图。
[0026] 附图10是球头铣刀加工坐标系图。
[0027] 附图11是球头铣刀进给方向矢量图。
[0028] 附图12是铣刀加工表面残留单元图。
[0029] 附图13是铣刀加工表面残留单元长度图。
[0030] 附图14是沿铣刀行距方向度量的加工表面残留单元高度图。
[0031] 附图15是沿铣刀进给方向度量的加工表面残留单元高度图。
[0032] 附图16是铣刀加工表面残留单元分布模型的分析结果图。
[0033] 附图17是淬硬钢加工表面形貌实验测试结果图。
[0034] 附图18是表4中方案1的加工表面形貌仿真结果图。
[0035] 附图19是表4中方案2的加工表面形貌仿真结果图。
[0036] 附图20是表4中方案3的加工表面形貌仿真结果图。
[0037] 附图21是表4中方案4的加工表面形貌仿真结果图。
[0038] 附图22是表4中方案1的切削实验中铣刀振动测试结果图。
[0039] 附图23是表4中方案2的切削实验中铣刀振动测试结果图。
[0040] 附图24是表4中方案3的切削实验中铣刀振动测试结果图。
[0041] 附图25是表4中方案4的切削实验中铣刀振动测试结果图。
[0042] 附图26是表4中方案1的加工表面形貌实验测试结果图。
[0043] 附图27是表4中方案2的加工表面形貌实验测试结果图。
[0044] 附图28是表4中方案3的加工表面形貌实验测试结果图。
[0045] 附图29是表4中方案4的加工表面形貌实验测试结果图。
[0046]
【具体实施方式】： 实施例1 : 一种用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加工方法，其组成包括：两把或 四把高速球头铣刀，揭示所述的高速铣刀切削效率与加工表面质量冲突问题的实验方法， 所述的高速铣刀切削运动轨迹的修正方法，反映所述的高速球头铣刀悬伸量变化和振动对 加工表面形貌影响的加工表面残留单元，解决所述的高速球头铣刀切削效率与加工表面质 量冲突的切削淬硬钢工艺方案。
[0047] 实施例2 : 实施例1所述的用于解决切削效率与加工表面质量冲突的淬硬钢加