工件热变形对加工精度影响的研究
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６８３８ Ｅ一 ａ ： ｆ＠ ． ． ８６６ ， ｍ ｉ ａ ｍｂ ｉ ｓ ａｃｍ． ｌ ｌ ｄ ｖ ｉ ｏ ｐ ｎ
通过以上分析， 可知工件热变形产生的加工误 差不能忽视， 同时还应注意由于热变形而产生的热 应力 ， 否则会导致工件弯 曲变形而影响加工精度。 为了减小工件的热变形 ， 一般可采取以下措施 ：
Ｋ — 切削热中传到工件中的百分比。
如果忽略工件向四周散失的热量， 则
工件温升
△ ｔ二 —
由于工件只在单面受到切削热作用 ， 上下表面间的 温度差会导致工件拱起， 中间多被切去， 加工完毕冷 却后 ， 加工表面就产生中凹的误差如图 １ 所示。设 加工表面的温度是均匀的， 上下表面间的温度差为 Ａ， ｔ 温度梯度是线性的， 所以， 离下表面 二处的温差
， 工” 受热 声 应力。 。ｔ Ａ 丢， ＝ ， ． 一 ￣ ．后的．一 ａ Ｅ Ｐ ｖＫ＝ｃ Ａ △ 共。 件 ‘、￣￣ 热 ￣ ‘二 Ｅ＝ ｔ ’ ，ｒ ｍ ｔ 一’Ｈ 、 ‘ ’ 一“ 一 ’ 一一’Ｈ
因此， 工件的热变形相当于两端各受弯曲力矩 Ｍ 的
参考文献 ： ［］ １顾崇衔． 机械制造工艺学〔 」西安： Ｍ 陕西科学技术出版社， ８． １６ ９ ［〕 ２陈愁析． 机械制造工艺学【 ］沈阳： Ｍ． 辽宁科学技术出版社， ８． １６ ９ ［〕 ３王启平． 机械制造工艺学【 ］哈尔滨： Ｍ． 哈尔滨工业大学出版社，
１９ ９ ５．
Ｍ ２ ＡＬ Ｌ ａ ｔ２ 了 台 Ｊ一二 Ｈ二 ＝ 带于 矛 ＝ ８ 若 ｉ一８ Ｅ
式中
ｃ刀忍
（ 一－－｝ １ －－」 ） －－ －－ ０ －－ ｀ １ ．
、丫 一 几一 一 Ｊ． ） Ｎ
图１ 工件热变形计算 Ｆ ． ｈ ｃｍ ｕ ｔｎ ｔ ｗ ｒｐ ｃ ｔｅ ａｄｆ ｍ ｔｎ ｉ １ ｅ ｐｔ ｉ ｏ ｈ ｏｋｌ ｅ ｒ ｌ ｒ ａｏ ｇ Ｔ ｏ ａｏ ｆ ｅ ｅ ｈ ｍ ｅ ｏ ｉ
数控机床刀片磨损性能的实验研究
陆新 民
（ 江苏工业学院，江苏 常州 ２３１） １ ６ ０
摘 要：对三角形硬质合金数控刀片的磨损性能进行 了实验研 究， 实验 中针对 ２ 种不同精度 级的数控刀片进行了切削性能对比实验， 并用显微镜观察和分析 了刀片的磨损特性。实验表明： 刀
收稿 日期 ： ０－ － ２ ４ ９１ ０ ０ ７
Ｔ ｅ ｓａ ｃ ｏ ｔｅ ｆｃ ｏ ｔｅ ｅ ｍａ ｄ ｆｒ ｔ ｎ ｈ ｒ ｅ ｒ ｈ ｈ ｅ ｅ ｔ ｈ ｔ ｒ ｌ ｏ ｍａｉ ｏ ｅ ｆ ｆ ｆ ｈ ｅ ｏ ｆ
ｗ ｒｐ ｃ ｏ ｔｅ ｉｏ ｆ ｃｉ ｇ ｒｃ ｉ ｏ ｍａｈｎｎ ｏｋ ｉ ｅ ｈ ｐｅ ｓ ｎ ｅ ｎ ｉ
（． ｉ ｅｉ ｏＳ ｅ ｅ Ｔｃ ｏｇ， ｎ ２２０， ｈ ａ １Ａｈ Ｕｉｒｔ ｆ ｎ ａｄ ｈ ｌｙＨａ ａ ３ １ Ｃｉ ； ｎｕ ｎ ｓ ｖ ｙ ｃ ｃ ｎ ｅ ｎｏ ｕｉｎ ０ ｉ ｎ ｆ ｎ ｈｎ ｓ ｕ ｖｓ ， ｇ ｕ １ ０， ａ ２Ｅ ｃ ｍｃ ｎ ａＥｇ ｒｇ ｉｔｏＣａ ｃｕ Ｉ ｕｒ ｉｒｔ Ｃａ ｃ ｎ ６０Ｃｉ ） ． ｔ ｅ ｑｉｌ ｅｉ Ｉｔ ｅ ｈ ｇ ｌ ｒ ｈ ｃ ｎ ｅｎ ｎ ｔ ｅｏ ｓｕ ｎ ｔ ｎｅｉ ｈｎ ｈ ３ ｄｙ ｙ ２ ｈ ｎ
式中 Ｐ— 主切削力； ｚ ， — 切削速度； 二 — 切削时间；
根据式（） １可计算出工件直径或长度的热伸长， 对于 一般工件， 因轴向尺寸精度要求大多低于径向尺寸
精度要求 ， 故影响不大。但在加工丝杠时轴向尺寸
热伸长却成为影响螺距误差的主要因素。在磨削丝 杠过程中， 由于丝杠受热， 便产生了相对于机床工作 母丝杠的温差， 其相对于母丝杠的伸长量
２ 实验装里
些。而需精磨的三角形数控刀片， 将其固定在 自 行 设计的专用夹具上， 利用金刚石砂轮对各个刀面进 行磨削。最后将各个加工面在金刚石研磨机上进行
研磨， 直至达到所需精度为 ８００４ ０００ ，． 一 ． １ ６
切削性能对 比实验在中国台北精密数控机床 Ｍ １３ Ａ５ 型加工 中心进行。利用型号为 １Ｊ ６ ５ 显微镜
（） ３
式中
Ｅ — 工件的弹性模量；
，， ， 一 二 ： ， Ｊ 共 一 ｌ ， ＿ ＿ 召３ 万。 Ｊ — 矩形截面惯性矩， ＝ 共
， ，一 一 呀 一 ’ ‘ ￣ 、 ￣’ １ “ ２
由于 Ｌ Ｈ ａ均为工件上的定值， ， ， 所以要减小 热变形挠度误差（ 平面度误差）， ．就必须减小温差 ｆ ｏ， ｆ即减少热的传人。
ｍｎ 经同等条件实验 ５ ｉ时， 次后， 未经磨削与经精磨
形数控刀片， 表面粗糙度在 ８０４ 。８ ，． 一 ． 甚至更高
曲度）
后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量 Ｖ． ＢＪ取
（） １合理安排工艺路线 ， 精加工分开； 粗、 （） ２使用充分的切削液以减少切削表面的温升； （） ３加工前可采用合理的工艺补偿方法来抵消 由于热变形产生的部分误差。
ａ 工件线膨胀系数 — Ｌ 工件直径或长度 —
， 安徽省重点课程基金资助项 目（０１２ ２０４）
根据材料力学梁变形公式得热变形挠度 （ 或弯
万方数据
３ ８
煤
矿
机
械
２０ 年第 １ 期 ０４ ２
文章编号 ： ０－ ９ （０４ １－ ３－ １ ３ ７４２０ ） ０ ８ ２ ０ ０ ２０ ０
Ａ ＝ Ａ （ 一． ， Ｌ Ｌａｔ ｔ 。 ）
式中
（ ２ ）
Ｌ 磨削丝杠长度； — Ａ — 磨削丝杠与母丝杠线膨胀系数之差； ａ
ｔ ｔ 磨削丝杠与母丝杠的温度。 ＂ ． —
丝杠伸长量 Ｌ将直接造成加工螺距的累积误 △ 差， 例如工件与机床母丝杠的温度相差 １ 那么在 Ｃ， Ｃ
片精度级越高， 其磨损速度越低。用高精度级刀片进行切削加工， 不仅可以 提高工件的加工表面质
量， 延长刀片的使用寿命 ， 而且可以提 高数控加工的生产效率。 关键 词 刀片；磨损 ；切Ａ ｌ 文献标识码 ：Ａ 中图号 ＴＧ７１
１ 引言
目 数控机床用刀具（ 前， 刀片） 主要有硬质合金、 涂层 、 陶瓷等。由于硬质合金数控刀片价格较低， 在 数控刀具中仍占有较大的比例， 所以， 研究硬质合金 数控刀片的切削性能具有现实意义。本文分别对常 规磨削与精磨后的三角形数控刀片进行了切削性能 对比实验， 观察并分析了刀片的磨损情况， 探索了提 高数控刀片的加工精度和延长刀片使用寿命 的途 径， 为降低刀片的制造成本提供了理论依据。
摘 要：通过分析工件在均匀受热和不均匀受热状态下的热变形， 应用数学、 传热学和力学方 法推导出在这 ２ 种情况下的热变形童计算公式， 从而为减小工件的热变形提 高工件的加工精度提
供 了理论 上 的依 据 。
关键词 ：工件 ；均匀受热；不均匀受热；热变形 中图号 ：Ｔ １ Ｈ ６ 文献标识码：Ａ
对菱形可转位数控刀片的主切削刃磨损量 Ｖ。进 Ｂ
行观测。工件材料为 Ｏ ｒＮ９ｉ直径为 们５ Ｃ１ ｉ ， ８ Ｔ ｍ ｍ的
棒料。
３ 实验条件及结果
实验采 用 由北 京第六 刀具 厂生产 的材 料 为 Ｙ２ Ｗ 的三角形 可转位数控刀片。常规磨削的三角
（当 吃 １ 背 刀量ａ二 ｍ 、 ） ， １ 工件转速。 ５ ｒ ｍ 二０ ／ ０
２０ 年第 １ 期 ０４ ２
煤
矿
机
械
・３ ７
文章编号： ０－ ９（ ０） － ３－ １ ３ ７４２ ４１ ０ ７ ２ ０ ０ ０ ２０ ０
工件热变形对加工精度影响的研究 ‘
马伏波’ ．陈小俊’ ．陶晓拢２
（． １ 安徽理工大学，安徽 淮南 ２２０； 长春工业大学 机电学院， ３０１ ２ ． 吉林 长春 １ ６０ ３ ０） ２
Ａ ｓ ａｔ Ｔｒ ｇ ａａ ｓ ｏｔ ｗｒ ｉ ｅ ｒａｏ ｕｄｒ ｃ ｄｉ ｏｕｉｒ ｈａｎ ａｄ ｕｉｒ ｈａｎ， ｂｔ ｃ： ｈ ｕｈ ｌ ｅ ｆ ｏ ｐ ｃ ｄｆｍ ｔｎ ｅｔ ｏ ｉ ｎ ｎｏ ｅｔｇ ｎｎｎｏ ｅ ｉ ｒ ｏ ｎ ｙ ｄ ｈ ｋ ｅ ｅ ｅ ｏ ｉ ｎ ｈ ｎ ｔ ｆ ｍ ｉ ｎ ｏ ｆｍ ｔｇ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ａｐｅ ｔ ｍ ｔ ｄ ａ ｅ ａｃ， ｔ ｓ ｉｉ ａｄ ｃａｉ ａｄ ｉ ｄ ｔ ｃｍ ｕ ｔｎｌ ｕ ｈ ｈ ｌｄ ｅ ｏ ｏｍ ｔ ｍ ｔｓ ｈａｔｎ 一ｍｓｏ ｎ ｍ ｈｎ ｓ ｄｒｅ ｆ ｈ ｏ ｐｔｉ ａｆｍ ｌ ｃ ｐｉ ｈ ｅ ｈ ｆ ｈ ｉ ｅ ｒ ａ ｓｎ ｅ ｃ ｎ ｅｖ ｏ ｅ ａｏ ｏ ａ ｒ ｒ ｏｔ ｅ ｎａｏ ａｏｔ ｔｏ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｕｓ ｔｂｔｔｒ ｕｅ ｔ ｒａｄｆｍｔｎ ｗｒ ｉ ｅ ｉ ｆ ｌ ｇ ｉ ｂｕ ｔ ｗ ｃｎｉ ｎ， ｅ ｌ ｃ ｒｕ ｏ ｃ ｔ ｈ ｍ ｌ ｒａｏ ｏ ｏ ｐ ｃ ａｄ ｈ ｏ ｔｎ ｈ ｅ ｅ ｏ ｔ ｏ ｈ ｓ ｔ ｏ ｉ ｅ ｅ ｅ ｎ ｄ ｈ ｅ ｅ ｅ ｏ ｉ ｆ ｋ ｅ ｎ ｎ － ｃ ａ ｔ ｐ ｃｉ ｏｗｒ ｉ ｅ ｈ ｉ ． ｒ ｓ ｈ ｒ ｉｏ ｆ ｋ ｅ ｍｃｉｎ ｅ ｅ ｅ ｓｎ ｏ ｐ ｃ ａ ｎ ｇ ｅ Ｋ ｙ ｒｓ ｗｒ ｉ ｅｕｉｒ ｈａｎ ； ｎｏ ｈａｎ ； ａｄｆｍ ｔｎ ｅ ｗ ｄ ： ｏ ｐ ｃ； ｍ ｔｇｎｎ ｉｒ ｅｔｇｔ ｒ ｌ ｒａｏ ｏ ｋ ｅ ｎｏ ｅ ｉ ｏｕ ｆｍ ｉ ｈ ｍ ｅ ｆ ｅ ｏ ｉ
Ｐ． ｖＫ ｒ
ｃ 刀乞
作用 。
Ｈ 一 — ，ＱＤ ＵＸ ＝ ， Ｈ、ｎ ， 、ｘ
口 凸 名￣气一 石 ；；
＿‘ 刀 刀 ２
Ｌ Ｌ
式中
— —
比热 ＝ ＝ Ｐｒ 功，Ａ ， Ｌ。 ｖ Ｋ
４ 结语
［〕 ４马伏波， 陈小俊． 刀具热变形对工件加工精度影响的研究〔１煤 Ｊ． 矿机械， ４（）２ ２ ． ２０，９ ： 一 ９ ０ ７ ［］ ５姜文奇， 段佩玲． 机械加工误差〔 ］北京： Ｍ． 国防工业出版社， ９． １１ ９
通过以上分析， 可知工件热变形产生的加工误 差不能忽视， 同时还应注意由于热变形而产生的热 应力 ， 否则会导致工件弯 曲变形而影响加工精度。 为了减小工件的热变形 ， 一般可采取以下措施 ：
Ｋ — 切削热中传到工件中的百分比。
如果忽略工件向四周散失的热量， 则
工件温升
△ ｔ二 —
由于工件只在单面受到切削热作用 ， 上下表面间的 温度差会导致工件拱起， 中间多被切去， 加工完毕冷 却后 ， 加工表面就产生中凹的误差如图 １ 所示。设 加工表面的温度是均匀的， 上下表面间的温度差为 Ａ， ｔ 温度梯度是线性的， 所以， 离下表面 二处的温差
， 工” 受热 声 应力。 。ｔ Ａ 丢， ＝ ， ． 一 ￣ ．后的．一 ａ Ｅ Ｐ ｖＫ＝ｃ Ａ △ 共。 件 ‘、￣￣ 热 ￣ ‘二 Ｅ＝ ｔ ’ ，ｒ ｍ ｔ 一’Ｈ 、 ‘ ’ 一“ 一 ’ 一一’Ｈ
因此， 工件的热变形相当于两端各受弯曲力矩 Ｍ 的
参考文献 ： ［］ １顾崇衔． 机械制造工艺学〔 」西安： Ｍ 陕西科学技术出版社， ８． １６ ９ ［〕 ２陈愁析． 机械制造工艺学【 ］沈阳： Ｍ． 辽宁科学技术出版社， ８． １６ ９ ［〕 ３王启平． 机械制造工艺学【 ］哈尔滨： Ｍ． 哈尔滨工业大学出版社，
１９ ９ ５．
Ｍ ２ ＡＬ Ｌ ａ ｔ２ 了 台 Ｊ一二 Ｈ二 ＝ 带于 矛 ＝ ８ 若 ｉ一８ Ｅ
式中
ｃ刀忍
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、丫 一 几一 一 Ｊ． ） Ｎ
图１ 工件热变形计算 Ｆ ． ｈ ｃｍ ｕ ｔｎ ｔ ｗ ｒｐ ｃ ｔｅ ａｄｆ ｍ ｔｎ ｉ １ ｅ ｐｔ ｉ ｏ ｈ ｏｋｌ ｅ ｒ ｌ ｒ ａｏ ｇ Ｔ ｏ ａｏ ｆ ｅ ｅ ｈ ｍ ｅ ｏ ｉ
数控机床刀片磨损性能的实验研究
陆新 民
（ 江苏工业学院，江苏 常州 ２３１） １ ６ ０
摘 要：对三角形硬质合金数控刀片的磨损性能进行 了实验研 究， 实验 中针对 ２ 种不同精度 级的数控刀片进行了切削性能对比实验， 并用显微镜观察和分析 了刀片的磨损特性。实验表明： 刀
收稿 日期 ： ０－ － ２ ４ ９１ ０ ０ ７
Ｔ ｅ ｓａ ｃ ｏ ｔｅ ｆｃ ｏ ｔｅ ｅ ｍａ ｄ ｆｒ ｔ ｎ ｈ ｒ ｅ ｒ ｈ ｈ ｅ ｅ ｔ ｈ ｔ ｒ ｌ ｏ ｍａｉ ｏ ｅ ｆ ｆ ｆ ｈ ｅ ｏ ｆ
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式中 Ｐ— 主切削力； ｚ ， — 切削速度； 二 — 切削时间；
根据式（） １可计算出工件直径或长度的热伸长， 对于 一般工件， 因轴向尺寸精度要求大多低于径向尺寸
精度要求 ， 故影响不大。但在加工丝杠时轴向尺寸
热伸长却成为影响螺距误差的主要因素。在磨削丝 杠过程中， 由于丝杠受热， 便产生了相对于机床工作 母丝杠的温差， 其相对于母丝杠的伸长量
２ 实验装里
些。而需精磨的三角形数控刀片， 将其固定在 自 行 设计的专用夹具上， 利用金刚石砂轮对各个刀面进 行磨削。最后将各个加工面在金刚石研磨机上进行
研磨， 直至达到所需精度为 ８００４ ０００ ，． 一 ． １ ６
切削性能对 比实验在中国台北精密数控机床 Ｍ １３ Ａ５ 型加工 中心进行。利用型号为 １Ｊ ６ ５ 显微镜
（） ３
式中
Ｅ — 工件的弹性模量；
，， ， 一 二 ： ， Ｊ 共 一 ｌ ， ＿ ＿ 召３ 万。 Ｊ — 矩形截面惯性矩， ＝ 共
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由于 Ｌ Ｈ ａ均为工件上的定值， ， ， 所以要减小 热变形挠度误差（ 平面度误差）， ．就必须减小温差 ｆ ｏ， ｆ即减少热的传人。
ｍｎ 经同等条件实验 ５ ｉ时， 次后， 未经磨削与经精磨
形数控刀片， 表面粗糙度在 ８０４ 。８ ，． 一 ． 甚至更高
曲度）
后的三角形数控刀片后刀面的最大磨损量 Ｖ． ＢＪ取
（） １合理安排工艺路线 ， 精加工分开； 粗、 （） ２使用充分的切削液以减少切削表面的温升； （） ３加工前可采用合理的工艺补偿方法来抵消 由于热变形产生的部分误差。
ａ 工件线膨胀系数 — Ｌ 工件直径或长度 —
， 安徽省重点课程基金资助项 目（０１２ ２０４）
根据材料力学梁变形公式得热变形挠度 （ 或弯
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３ ８
煤
矿
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２０ 年第 １ 期 ０４ ２
文章编号 ： ０－ ９ （０４ １－ ３－ １ ３ ７４２０ ） ０ ８ ２ ０ ０ ２０ ０
Ａ ＝ Ａ （ 一． ， Ｌ Ｌａｔ ｔ 。 ）
式中
（ ２ ）
Ｌ 磨削丝杠长度； — Ａ — 磨削丝杠与母丝杠线膨胀系数之差； ａ
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丝杠伸长量 Ｌ将直接造成加工螺距的累积误 △ 差， 例如工件与机床母丝杠的温度相差 １ 那么在 Ｃ， Ｃ
片精度级越高， 其磨损速度越低。用高精度级刀片进行切削加工， 不仅可以 提高工件的加工表面质
量， 延长刀片的使用寿命 ， 而且可以提 高数控加工的生产效率。 关键 词 刀片；磨损 ；切Ａ ｌ 文献标识码 ：Ａ 中图号 ＴＧ７１
１ 引言
目 数控机床用刀具（ 前， 刀片） 主要有硬质合金、 涂层 、 陶瓷等。由于硬质合金数控刀片价格较低， 在 数控刀具中仍占有较大的比例， 所以， 研究硬质合金 数控刀片的切削性能具有现实意义。本文分别对常 规磨削与精磨后的三角形数控刀片进行了切削性能 对比实验， 观察并分析了刀片的磨损情况， 探索了提 高数控刀片的加工精度和延长刀片使用寿命 的途 径， 为降低刀片的制造成本提供了理论依据。
摘 要：通过分析工件在均匀受热和不均匀受热状态下的热变形， 应用数学、 传热学和力学方 法推导出在这 ２ 种情况下的热变形童计算公式， 从而为减小工件的热变形提 高工件的加工精度提
供 了理论 上 的依 据 。
关键词 ：工件 ；均匀受热；不均匀受热；热变形 中图号 ：Ｔ １ Ｈ ６ 文献标识码：Ａ
对菱形可转位数控刀片的主切削刃磨损量 Ｖ。进 Ｂ
行观测。工件材料为 Ｏ ｒＮ９ｉ直径为 们５ Ｃ１ ｉ ， ８ Ｔ ｍ ｍ的
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实验采 用 由北 京第六 刀具 厂生产 的材 料 为 Ｙ２ Ｗ 的三角形 可转位数控刀片。常规磨削的三角
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工件热变形对加工精度影响的研究 ‘
马伏波’ ．陈小俊’ ．陶晓拢２
（． １ 安徽理工大学，安徽 淮南 ２２０； 长春工业大学 机电学院， ３０１ ２ ． 吉林 长春 １ ６０ ３ ０） ２
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＿‘ 刀 刀 ２
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式中
— —
比热 ＝ ＝ Ｐｒ 功，Ａ ， Ｌ。 ｖ Ｋ
４ 结语
［〕 ４马伏波， 陈小俊． 刀具热变形对工件加工精度影响的研究〔１煤 Ｊ． 矿机械， ４（）２ ２ ． ２０，９ ： 一 ９ ０ ７ ［］ ５姜文奇， 段佩玲． 机械加工误差〔 ］北京： Ｍ． 国防工业出版社， ９． １１ ９
