超声振动铣削淬硬模具钢表面粗糙度理论模型分析_徐凯.pdf

2023 年1 月Jan2023DigitalTechnology&Application第 41 卷第 1 期Vol.41No.1数字技术与应用90中图分类号:TH161+.14文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2023)01-0090-05DOI:10.19695/12-1369.2023.01.28超声振动铣削淬硬模具钢表面粗糙度理论模型分析徐凯1张会妨21.新乡职业技术学院数控技术学院；2.新乡职业技术学院教务处为了提升铣削淬硬模具钢已加工表面的表面质量，采用在工件上施加超声振动的方法进行超声振动铣削，由于超声振动的存在，刀具对工件进行间断切削，会对已加工表面的质量产生影响，本文主要研究超声辅助铣削淬硬模具钢的已加工表面形成机理和变化规律，分析各种加工要素对表面粗糙度的影响，由此综合实现了对表面粗糙度在理论上建模，经验证，当加工参数及刀具参数保持一致时，采用超声振动铣削能够有效降低被加工工件表面粗糙度值。机械零件的表面粗糙度对其使用可靠性和使用寿命有重要影响，同时对于配合的零件来说，表面粗糙度对配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等都有密切关系1。因此在保证机械零件尺寸精度的前提下，提升表面质量也同等重要。本文主要研究在超声振动铣削淬硬模具钢 SKD61 条件下，机械零件表面粗糙度的变化规律。1 超声振动铣削运动学模型超声振动铣削运动学模型的构建是先将超声振动使用在刀具或预制品工件上，在进行机理分析时，需考虑到超声铣削的运行学特性，并以此为基石进行专题说明，而本文试验中的测验内容则是将超声振动作用于预制工件上，其具体铣削运动学模型如图 1 所示。预制工件在进行铣削加工时，会处于不衰减简谐振动状态，在 A 位置时进给方向与工件振动方向相同，是加工周期起始阶段；在 B 位置时，振动方向与进给方向相反，是加工断续阶段。当工件处于简谐运动状态时，可得工件的位移指标y 存在客观关联关系，用专业公式表示如式（1）所示：sinyAwt=（1）即可知工件的振动速度 v 可表示为如式（2）所示：cosdyvAwwtdt=（2）在 B 处的 t2时刻工件相对与进给是反方向运动，即可得在 t2时刻的切削速度如式（3）所示：2cosvAwwt=（3）那么 t2时刻可由上式可求得如式（4）所示：121cosvtwAw=（4）在普通铣削时，工件不会产生简谐振动，即不存在 t2，也就是当 v=Aw 时，切削速度为临界切削速度 vc，且可表示为如式（5）所示：2cvAwAf=（5）在 B 处，工件沿切削方向速度为 v，可知工件的位移 y，如式（6）所示：()22sinyAwtv tt=（6）在 A 处的 t1时刻开始切削，工件的位移 y 如式（7）收稿日期：2022-09-13作者简介：徐凯（1977），男，河南新乡人，硕士研究生，副教授，研究方向：机械工程、数控技术。ToolVibration dircctiong WorkpieceABt1t2图 1 工件超声振动铣削运动学模型Fig.1 Kinematics model of ultrasonic vibration milling of workpieces()()-+-+=3/1222216933.012cos41nmnzrEFHrnznzfwtAwDrrH（29）()()+-=222cos41zanznzfwtAwDrrR()()-+-+=3/1222216933.012cos41nmnzrEFHrnznzfwtAwDrrH（29）()()-+-=3/1216933.012nmnrEFHr（30）