圖1 立銑刀結(jié)構(gòu)圖和銑削示意圖

2 試驗方案

3試驗結(jié)果分析

1. 徑向切深a_e變化對枕削力的影響
   　　試驗參數(shù)：v_c=190m/min,a_p=5mm,f_z=0.1mm/z，分別測量a_e=0.5,1,2,3,4,5mm時的銑削力，試驗結(jié)果見圖2。
   

   
   (a)x方向最大銑削分力

   
   (b)y方向最大銑削分力

   
   (c)z方向最大銑削分力

   
   (d)最大銑削合力

   圖2 不同介質(zhì)下銑削力隨a_e變化的曲線
   　　從圖2中可以看出：三種介質(zhì)下的F_xmax,F_ymax,F_zmax，和F_max都隨久增大而增大，其增大趨勢基本呈線性關(guān)系，原因是隨著徑向切深的增大，刀具和工件間的銑削包角增大，使刀具的銑削面積增大，從而刀具和工件間的摩擦力增大，所以導(dǎo)致F_ymax：增大；試驗中采用的是刀片銑削，刀具的螺旋角為0°,因此隨著徑向切深a_e的增大，x向和z向的最大的銑削力變化并不是很明顯，這和理論上的分析是相符合的。對曲線分別進行線性和指數(shù)擬合，其相關(guān)系數(shù)R²都在0.91以上。
   　　圖2(a)表明三種銑削介質(zhì)下的F_xmax隨a_e增加的趨勢基本相同，但幅度都不太明顯，干銑削的F_{xmax#p#分頁標(biāo)題#e#}稍大于空氣油霧和氮氣油霧。從圖2(b)、(c)、(d)可以看出F_ymax、F_zmax和F_max隨a_e增加的幅度較大，不同介質(zhì)下的變化曲線相似；空氣油霧和氮氣油霧下的F_ymax、F_zmax和F_max都比干銑削小，其中干銑削的銑削合力比空氣油霧分別大了22.2%、15.07%、25.75%、5.98%、8.3%和5.45%，比氮氣油霧大18.3%、16.6%、27.5%、15.96%、8.38%和7.92%。另外，空氣油霧和氮氣油霧下的銑削力大致相同。
2. 軸向切深a_p變化對銑削力的影響
   　　試驗參數(shù)：v_c=190m/min,a_e=1mm，f_z=0.1mm/z，分別測量a_p=1,2,3,4,5mm時的銑削力，試驗結(jié)果見圖3。
   

   
   (a)x方向最大銑削分力

   
   (b)y方向最大銑削分力

   
   (c)z方向最大銑削分力

   
   (d)最大銑削合力

   圖3 不同介質(zhì)下銑削力隨a_p變化的曲線
   　　從圖3可以看出：三種介質(zhì)下的F_xmax，F(xiàn)_ymax，F(xiàn)_zmax，和F_max都隨a_p增大而增大，其增大趨勢基本相同。對曲線分別進行線性和指數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)其指數(shù)擬合的相關(guān)系數(shù)較高( R²≥0.93)。干銑削時銑削分力和合力均大于空氣油霧和氮氣油霧，結(jié)果與前節(jié)相似。
   　　當(dāng)a_p大于5mm時銑削力增大加劇，可能是因為a_p增大后，銑削力隨之增大，銑削過程中刀具系統(tǒng)剛性降低，銑刀容易產(chǎn)生振動造成的。
   
3. 每齒進給f_z變化對銑削力的影響
   　　試驗參數(shù)：v_c=190m/min，a_e=1mm，a_p=5mm，分別測量f_z=0.5,0.1,0.15,02,0.25mm/z時的銑削力，試驗結(jié)果見圖4。
   

   
   (a)x方向最大銑削分力

   
   (b)y方向最大銑削分力

   
   (c)z方向最大銑削分力

   
   (d)最大銑削合力

   圖4 不同介質(zhì)下銑削力隨f_z變化的曲線
   　　從圖4中可以看出：三種介質(zhì)下的F_xmax，F(xiàn)_ymax，F(xiàn)_zmax，和F_max都隨f_z增大而增大，對曲線分別進行線性和指數(shù)擬合，發(fā)現(xiàn)兩種擬和的相關(guān)系數(shù)R²大致相同，并且R²較高，這與低速銑削時的理論不同。在低速時，隨f_z的增加，各向銑削力總體呈增大趨勢，但銑削力的增加并不隨進給量的增加成比例增加。因為進給量增大，切削厚度增大，所以切削面積增大，力會隨之增大，但切削厚度增大的同時使變形系數(shù)減少，摩擦系數(shù)也降低，所以力的增加與進給量的增大并不成比例。高速時，由于銑削區(qū)的溫度遠遠高于低速時，銑刀前刀面上的切屑和與銑刀后刀面相接觸的已加工表面塑性非常高，因此切削厚度增大使變形系數(shù)減少的程度非常低，摩擦系數(shù)也降低的很小，所以力的增加與進給量的增大基本成比例。 #p#分頁標(biāo)題#e#
   　　從圖4(d)可以看出，隨著每齒進給(f_z≥0.1mm/z)增大，氮氣油霧下的銑削合力明顯低于空氣油霧。據(jù)國外的研究資料顯示，在高進給下，銑削熱增多，氮氣下刀具與切屑以及工件之間更容易產(chǎn)生TiN層，因為TiN具有減摩作用，所以在銑削時，由于摩擦作用所產(chǎn)生的銑削力會減少。
   
4. 銑削速度v_c變化時銑削力的影響
   　　試驗參數(shù)：aa_e=1mm，a_p=1mm，f_z=0.1mm/z，分別測量v_c=190，250，275和300m/min時的銑削力，試驗結(jié)果見圖5。
   

   
   (a)x方向最大銑削分力

   
   (b)y方向最大銑削分力

   
   (c)z方向最大銑削分力

   
   (d)最大銑削合力

   圖5 不同介質(zhì)下銑削力隨v_c變化的曲線
   　　圖5表明 ：三種介質(zhì)下的F_xmax，F(xiàn)_ymax，F(xiàn)_zmax，和F_max都隨v_c增大而增大，波動不大，這與傳統(tǒng)的切削理論不同。傳統(tǒng)的切削理論認為，切削力一般隨著切削速度的增加而減少，這主要是因為，v_c增大，將使切削溫度提高，摩擦系數(shù)µ下降，從而使變形系數(shù)x減小的原因。對于高速切削時切削力隨切削速度變化的規(guī)律，國外一些學(xué)者也曾做過相關(guān)的實驗研究。Amdt認為超高速切削時由于高頻沖擊力的存在，切削力的變化是傳統(tǒng)切削力和高頻沖擊力雙重作用的結(jié)果，Kusnetsov和Sutter在高速干銑削鋁合金AA7075和合金鋼AISI1045時，根據(jù)試驗結(jié)果，他們得出了在高速銑削中也存在高頻沖擊力的結(jié)論，該結(jié)論與Amdt的理論相吻合。
       高速銑削鈦合金時，速度的增加雖然也會使x減小，但銑削是斷續(xù)切削，因沖擊而產(chǎn)生的力在整個銑削力中占有相當(dāng)大的比重，速度越高，沖擊越大。高速沖擊產(chǎn)生的銑削力增加，遠大于因變形系數(shù)x減小而造成的銑削力減少，因此在高速銑削鈦合金時，銑削力會隨v_c增大而增加。
   　　從圖5(a)和(d)可以看出，F(xiàn)_xmax和F_max的變化規(guī)律與上節(jié)相似。當(dāng)銑削速度超過200m/min時，空氣油霧下的F_max大于氮氣油霧。特別是當(dāng)銑削速度達到300mm/min時，空氣油霧下的F_max比氮氣油霧大了32%。造成這種結(jié)果的原因除了因為TiN減摩作用外，還因為在高速下氮氣油霧下切屑里的TiN增多，從而使切屑易于脆斷，切屑對刀具的摩擦和沖擊減少的緣故。
   

4 小結(jié)

1. 空氣油霧和氮氣油霧介質(zhì)下的銑削力明顯低于干銑削，在高速、高進給時氮氣油霧下的銑削力低于空氣油霧。
2. 銑削力在鈦合金高速銑削時會隨徑向切深、軸向切深、每齒進給增加而增大。
3. 銑削力在鈦合金高速銑削時會隨銑削速度的增加而增大，這有別于鐵合金低速銑削時的情況。