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梁金刚,范 祎/切向车铣加工表面分形特征的研究

时间:2015-07-23来源:未知 作者:admin点击:
切向车铣加工表面分形特征的研究 梁金刚 1 ,范 祎 2 (1. 中国人民解放军驻724厂军代表室,辽宁 沈阳 110045;2. 沈阳理工大学装备工程学院,辽宁 沈阳 110159 ) 摘 要: 通过对切向车铣加工工件表面相关参数的测量与计算,得到了不同进给量与不同转速比时
切向车铣加工表面分形特征的研究

梁金刚1,范  祎2
(1. 中国人民解放军驻724厂军代表室,辽宁 沈阳  110045;2. 沈阳理工大学装备工程学院,辽宁 沈阳  110159 )

 
摘  要:  通过对切向车铣加工工件表面相关参数的测量与计算,得到了不同进给量与不同转速比时工件表面的分形维数。结果表明,分形特征能够较准确的表达工件表面纹理的信息;随着进给量的增加,工件表面分形维数减小,工件表面纹理结构越稀疏;随着转速比增加,工件表面维数增大,工件表面工件表面纹理结构越密集,表面纹理高度越低。
关键词:  切向车铣;表面纹理; 分形维数;  转速比;  轴向进给量
 
Study on Surface Fractal Trait of Workpiece Machined by Tangential Turn-milling
LIANG Jin-gang1,FAN Yi2
 (1. Delegate Office of the CPLA in the 724 Factory, Shenyang 110045;
 2. School of Equipment Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159)
 
Abstract: By measure and calculate related parameters of surface profile machined by tangential turn-milling, the fractal dimension of the surface was got when machined in different feeding and rotating speed. Results show that the fractal trait can express the information of workpiece surface texture. With the increase of feeding, workpiece surface fractal dimension was reduced and the structure of surface texture was become thin; along the increase of revolution ratio, workpiece surface fractal dimension was increased, the structure of surface texture was become dense and have the lower surface texture height.
Keywords: Tangential Turn-milling   surface texture  fractal dimension   revolution ratio  axial feed
作者简介:梁金刚(1963-),男,辽宁本溪人,大学本科,高级工程师,主要研究方向:机械设计与制造,弹药工程。
 
 

 
       车铣加工技术在当今数控技术得到较大发展的条件下产生的一种高新切削技术,在新型难加工材料和大型回转体毛坯等各类零件的切削加工中有其独特的优势[1]。切向车铣是近几年发展起来的一种车铣加工方法,如图1所示,加工过程中铣刀轴线与工件轴线相互垂直,依靠铣刀旋转运动与工件旋转运动的复合运动完成各类零件表面加工的一种先进切削加工方法,且只有螺旋圆周刃参与切削,端面刃不参与切削。切向车铣加工过程包括工件的旋转运动,铣刀的旋转运动,铣刀的径向进给运动和铣刀的轴向进给运动。
       近二十年来,车铣技术在国内外都取得了较大的进展,在表面形貌方面的研究也取得了一定的成果。Vedat[2,3]研究表明,在中碳钢的回转体切向车铣加工中能得到很小的表面粗糙度,它非常接近磨削的加工水平,因此可以在一些情况下代替磨削加工。Choudhury[4,5] 研究了正交车铣的表面粗糙度,得到正交车铣加工外圆表面也可得到很小的表面粗糙度。
本文利用分形理论研究切向车铣工件的表面的形貌特征,合理选择切削参数,提高加工表面质量具有重要意义。
 
1.切向车铣试验

       车铣加工工件试件的制作,以切向车铣加工工件为例,在车铣加工中心上,制作两组实验表面,一组是转速比的改变,一组是轴向进给量的改变。
 
1.1  试验条件
   (1)试验机床为Mazak200Y 卧式车铣加工中心,五轴四联动,带C轴功能,铣轴最高转速8000r/min。

   (2)工件材料铝合金Z101棒料,直径200mm。刀具为含钴8%的整体高速钢立铣刀,该铣刀型号为E2406200-1,直径20mm,齿数为2,螺旋升角30度。

  (3)测量仪器:TR200手持式粗糙度仪,可直接与计算机连接显示表面粗糙度参数,而且能把工件沿轴向粗糙表面轮廓描绘成曲线。粗糙度仪的分辨率为0.01μm。
 
1.2 试验方案
       进行切向车铣加工时轴向进给量、转速比对工件表面纹理的影响较大,为此分别进行单因素试验,深入研究它们对加工后表面分形特征的影响。具体试验方案分别如表1、表2所示。
      表1 轴向进给量对表面纹理分形特征影响的试验参数表

序号 工件转速 铣刀转速 轴向进给量 切削深度
nw/(r/min) nF/(r/min) fa/(mm/r) ap/mm
1 5 2700 0.4 0.2
2 0.5
3 0.6
4 0.7
5 0.8
6 0.9
 
     表2 转速比对表面纹理分形特征影响的试验参数表
序号 工件转速 铣刀转速 转速比 轴向进给量 切削深度
nw/(r/min) nF/(r/min) fa/(mm/r) ap/mm
1 5 2700 540 0.4 5
2 10 270
3 15 180
4 20 135
 
 
1.3 表面轮廓测试结果
       采用表面纹理高度和表面纹理间距可以表征表面纹理的特征信息。表面纹理高度可用最大轮廓波峰高度表示,表面纹理间距可用轮廓微观不平度的平均间距表示。通过TR200粗糙度仪测量采用表1、2所述参数切向车铣加工后的试件,并分别提取它们的纹理高度和纹理间距如表3、4所示。
   表3 轴向进给量对表面纹理特征的影响

序号 轴向进给量 纹理高度 纹理间距
fa/(mm/r) Rp/μm RS/mm
1 0.4 1.274 0.085
2 0.5 2.00 0.17
3 0.6 1.51 0.28
4 0.7 2.662 0.360
5 0.8 2.686 0.571
6 0.9 7.019 0.833
表4 转速比对表面纹理特征的影响
序号 转速比 纹理高度 纹理间距
λ Rp/μm RS/mm
1 135 3.486 0.218
2 180 2.528 0.143
3 270 2.859 0.200
4 540 2.046 0.111

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