X6325T摇臂铣床机械安全极限值的计算与应用

赵建杰

(南通科技投资集团股份有限公司，江苏南通226011)

金属切削机床的生产制造正向高速化、精密化、复合化、环保安全型等方向发展，对金属切削机床的安全性能要求也越来越高。为此，本单位实施了摇臂铣床精品化工程，改进生产X6325T摇臂铣床，其性能、加工范围都得到改进和提高。

1 问题的提出

铣床在进行铣削的过程中，铣刀的受力和变形比较复杂，且切削力时刻在变化。切削过程中，如果铣削力过大时，刀具会发生打齿、崩刃等现象。这样会造成比较严重的后果:1)崩裂的碎片飞出会对操作人员的安全造成威胁；2)使铣削精度降低，工件表面粗糙度高；3)影响机床的主轴传动精度。

为了保证操作者的安全，使产品符合相关安全标准，同时也为了提高机床的主轴精度和加工品质，在X6325T摇臂铣床的设计上采取了安全离合器过载保护措施，因此需对主轴套筒和工作台横向、纵向进给安全离合器的安全极限值进行分析和计算。

2 切削时铣刀的受力计算及变形分析

a)切削时铣刀的受力及变形的分析

铣刀在切削金属时，由于加工条件不同，铣削力的变化范围较大。经分析认为，铣刀切削时工件将发生部分弹性变形和塑性变形并对刀具产生抗力，同时加工中切屑与刀具、刀具与工件之间产生摩擦力，铣削力是二者的合力。

研究铣刀的受力情况时，一般研究一个刀齿，可将铣削力分解为三个互相垂直的分力，即切向分力Fz；径向分力Fy；轴向分立Fo(图1)。切向分力Fz视为与铣刀外圆相切，则铣刀所受切削阻力矩为T=FzD/2，(D为铣刀刃部直径)，消耗主要动力，使刀具发生扭转变形，影响主轴的扭转强度和刚度。径向分力Fy是工件竭力想把铣刀推开的力，它作用在铣刀半径方向上，使刀具发生弯曲变形，影响主轴的弯曲强度和刚度。轴向分力Fo沿机床主轴轴线作用，使刀具发生压缩变形，它会把刀杆推进主轴。

b)端铣刀铣削力的计算

1)端铣刀铣削力

X6325T摇臂铣床负荷试验规范所提供的铣削条件见表1。

图1 铣削力分解示意图

表1 硬质合金铣刀的铣削条件

根据此切削条件可计算出短时间超25%最大扭矩，端铣刀铣削时任一瞬间作用于铣刀刀齿上的切向分力Fz可按下式计算:

式中:t—— 铣削深度，mm；

sz—— 铣刀每齿进给量，mm/每齿；

B—— 铣削宽度，mm；

Z—— 铣刀齿数；

D—— 铣刀直径，mm。

2)轴向分力计算

计算出切向分力Fz后，铣刀的其他分力Fy、Fo可根据经验公式由表2求出。

表2 各铣削分力的经验比值

Fo=1.1 Fz=1.1×816=897.6N

c)圆柱铣刀最大切削主分力

圆柱铣刀最大切削主分力即径向分力计算:

X6325T摇臂铣床负荷试验规范所提供的铣削条件见表3。

表3 高速钢铣刀的铣削条件

根据此切削条件可计算出端铣刀铣削时任一瞬间作用于铣刀刀齿上的切向分力Fz可按下式计算:

FZ——最大切削分力(工作台进给推力)，N；t——切削深度，mm；

sz——铣刀每齿进给量，mm/z；

B——切削宽度，mm；

z——铣刀齿数；

D——铣刀外径，mm；

K——修正系数。

FZ=9.81×30×2×0.3170.72×450.86×6×63-0.86×1.06=1 223.6(N)

短时间超25%最大切削分力F=1223.6×1.25=1530(N)

3 主轴套筒和工作台横向、纵向进给安全离合器安全极限值的分析

端铣刀铣削时产生的最大轴向分力Fo即是摇臂铣床主轴套筒所受的最大推力，因此调节主轴套筒安全离合器上弹簧的压力值，当切削力大于该压力时，安全离合器脱开，使进给停止，保证操作者的安全。根据以上计算和分析，推荐套筒向下最大压力为880N为宜。

摇臂铣床横向、纵向进给刀具所受的最大切削力即为圆柱铣刀铣削时产生的最大切削分力，因此调节横向、纵向进给安全离合器上弹簧的压力值，当切削主分力大于该值时，安全离合器脱开，进给停止。根据以上分析和计算，推荐工作台横向、纵向进给的最大推力为1 530N为宜。

4 结论

通过分析计算，X6325T摇臂铣床机械安全极限值为:横向、纵向进给推力为1 530N；垂向进给压力为880N。机床装配时按此要求对安全离合器上的弹簧进行了调整，经国家机床质量监督检验中心的检测，完全达到了国家安全标准的相关要求。同时，也能更好的指导用户的操作，给用户推荐合适的切削参数，做好售前技术支持工作，为产品推向市场、赢得客户的青睐打下了坚实的基础。

［1］机械工程手册编委会.机械工程手册［M］.北京:机械工业出版社，1982.

［2］范鉴青.金属切削原理与刀具［M］.上海:同济大学出版社，1990.

［3］刘源旭.金属切削原理［M］.上海:上海科技文献出版社，1987.