车铣加工表面粗糙度的形成机理-本科论文.doc

河南科技学院
2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：车铣加工表面粗糙度的形成机理

学生姓名： 李岩

所在院系： 机电学院

所学专业： 机械设计制造及其自动化

导师姓名： 马利杰

完成时间： 2009年 5 月 20日

摘 要

通过对车削与车铣加工的比较，分析车铣加工时的一些特点及一般的加工工序与加工步骤。
综合考虑了刀具几何参数、刀具与工件的相对运动以及切削用量对已加工表面轴向残留面积高度的影响，建立了正交车铣已加工表面轴向残留面积高度的理论计算模型和计算公式，并据此提出了已加工表面粗糙度理论值得计算方法。研究结果表明，理论轴向残留面积高度是影响实际正交车铣已加工表面粗糙度的主要因素。

关键词：切削；车铣；已加工表面粗糙度

Formation Mechanism of Surface Roughness in Turn-milling Process

ABSTRACT

Hight speed turn-milling technology is an advanced machining technology , which can make the turning workpiece be cut effciently and pricisely .
The process of forming surface is complex , so the research on surface roughness of machined workpiece with theory and experiment is very important .The influence of the cutter geometry parameters , the relative movement and cutting regime on the axial residual area’s height is taken into account synthetically .The theoretical calculating model and formula can be used to calcul ate the axtial residual area’s height of the machined workpiece by high speed orthodgonal turn-milling are founded . On the basis of this , the method by which the theoretical surface roughnss of machined workpiece can be calculated is given .The experiment results show that theoretical axial residual area’s height is the main factor that influences the theoretical surface roughness of workpiece machined by high sp or thodgonal turn-milling .

Key words: High speed cutting ; High speed turn-milling ; Machined surface roughness

目 录
1绪论 1
1.1 车铣加工的特点及分类 1
1.2 车铣加工技术的国内外研究进展 3
1.3 本文主要研究内容 4
2 车铣的加工形式分析 4
2.1 运动分析 4
2.2 水平运动模型 5
3 车削及车铣加工表面粗糙度的影响因素分析 8
3.1切削加工中的表面粗糙度及其控制 8
3.1.1 残留面积产生的粗糙度 9
3.1.2 切削过程中不稳定因素产生的粗糙度 10
3.1.3 影响表面粗糙度的主要因素 11
3.2 车削加工的表面粗糙度 12
3.2.1车削的主要加工范围 12
3.2.2影响车削加工表面粗糙度的主要因素 13
3.3车铣轴向残留面积高度计算 14
3.3.1无偏心正交车铣轴向残留面积高度计算 14
3.3.2 偏心正交车铣轴向残留面积高度计算 17
3.4车铣加工和车削加工的比较与改进措施 20
4 结 论 20
致 谢 22
参考文献 23

1绪论
车铣技术是20世纪80年代初在发达国家发展起来的一种新型的机械加工方法，它以全新的概念开辟了机械加工领域的新纪元，并成为20世纪90年代以来西方各国竞相研究和开发的热点高新技术之一。
车铣加工将车削和铣削加工有机结合在一起，利用车铣合成运动对工件进行加工，特别适合大型轧辊、发电机转子、曲轴等大型、精密复杂回转体零件的高效粗加工和精密加工，是实现所谓“全部加工”和“一次性完成的加工”的先进制造工艺。采用告诉车铣技术不但可以大幅度提高生产效率，而且加工精度和加工表面的完整性都大大优于传统的机械加工，是一种高金属去除率的“整体制造”技术，被世界公认为最具技术带动性、高技术覆盖面广的关键先进制造技术，具有广阔的发展和应用前景，事机械制造流域的重要发展方向。
1.1 车铣加工的特点及分类
传统的车削和铣削加工中，离心力对卡盘和刀具的影响河大，工艺性和经济性往往成为切削速度和加工精度提高的瓶颈而制约其进一步发展。高速车铣加工技术则是将工件的旋转运动和刀具的旋转运动相结合，同时给予刀具和工件旋转运动的先进加工方法，它充分发挥了高速铣削力小、加工过程产生的热量对工件影响小、加工表面质量好等优势，一次装夹就可以完成平面和槽、圆柱表面和孔加工等工序，形为误差较小。由于其具有加工速度快、加工表面质量高、刀具和工件残留热应力小、切削短、易实现加工过程自动化等优点，起研究应用范围日益扩大，用于回转对称零件的精密加工时甚至可以代替磨削加工，因此，它是今后将车削、铣削和钻削加工综合在一起而大力发展的新技术，是对传统机械加工方法和概念的拓展和提升。
如图1所示，根据刀具几何形状和切削运动的不同，车铣加工大致可分为轴向车铣(coaxialturn-milling)和正交车铣(orthogonal turn-milling)两种形式，按照铣刀与工件相对运动方向的不同又可以分为顺铣和逆铣两种情况。轴向车铣时，刀具和工件的轴线平行，铣刀作高速旋转运动，工件作低速回转。该方法适合于回转对称工件内、外表面的加工，正交车铣中刀具的轴线于工件的轴线相垂直，主要用于轴对称回转体的外表面加工。在高的切削熟读条件下将车削和铣削技术相组合，是的车铣加工具有以下优点：

图1 车铣加工示意图一

（1）由于工件转速低，车铣加工过程切削力小，离心力对工件变形影响小，轴线方向的振动频率小，加工表面尺寸、形状精度高，尤其适合薄壁零件的加工。
（2）车铣加工属多刃切削，整个加工过程中总是同时有多个切削刃于工件保持接触，切削振动小，减少了刀具的磨损，对大型回转体毛胚的粗加工十分有益，使用多刃刀具，提高了加工效率，降低了成本。
（3）车铣是间断切削，切削较短，易于排屑，甚至在加工塑性材料时也是如此。同时，间断切削使刀具有一定得冷却时间，刀具切削温度相对较低，切削区的热量不断由切削快速带走，使被加工工件的表面残留的热量很小，加工表面基本上午热应力产生热变形。
（4）当刀具于工件的速比足够大时，可获得很高的表面质量，可与磨削相媲美；通过对切削参数进行优化，还可以对大型非对称工件和小直径零件进行加工。
（5）切削速度是由工件和刀具的回转速度共同合成，从而不需要使工件高速旋转就能实现高速切削，有利于对大型回转体工件进行高速切削，以及实现难加工材料的干式切削。
（6）需车、铣、钻、镗等不同方法进行加工的工件能在1次装夹中完成加工，不需要更换机床，缩短生产周期，避免重复装夹的误差。
（7）与传统车削相比，车铣极易实现高速切削，而高速切削的一切优点可在车铣中得以体现。如切削力比传统切削可下降30%。机床和刀具承受的负荷小，也有利于机床精度的保持。
1.2 车铣加工技术的国内外研究进展
车铣加工技术是由德国于20世纪80年代最早研究开发的。目前，对车铣技术的研究主要集中在道具的磨损机理、表面质量和加工表面的完整性、切削形成机理以及硬质材料切削等方面。对滚柱轴承座圈进行了高速车铣加工，研究了轴向车铣和正交车铣中切削条件、刀具和工件相对位置以及刀具几何形状等几何精度和加工表面质量的影响，加工表面粗糙度达到0.5μｍ以下。
美国研究了高硬度材料的取、进给度的优化，以及车铣加工中切削的形成机理。当以优化的参数用CBN刀具切削100Cr62（HRC62）时，工件表面粗糙度<2μｍ，刀具耐用度大大提高，达10h，且能够实现干切削。以车铣加工代替硬质材料的告诉精密车削加工，不需冷却、刀具加工时间长，表面质量达到磨削水平。慕尼黑大学对高速车铣切入一切处条件进行了模拟实验与优化，获得了影响车铣加工动态稳定性的重要参数。研究了振动对车铣加工表面质量的影响，指出机床的动态和静态刚度对车铣加工质量有着重要影响。国外研究了正交车铣在500—2000r/min加工速度范围内，切削长度及进给量对工件表面光洁度的影响，指出刀具转速的提高和轴向进给速度的减少有利于表面精度的提高，实验获得的正交车铣表面精度是车削加工的10倍，且切屑短小，易于排屑。在切屑刀具几何形状和切削参数优化方面，国外开发了1中新型的盘式刀具，这种刀具使得个切削刃在切削过程中有一定的冷却和休息时间，刀具与切削之间的摩擦系数减少，刀具耐用度减小，刀具耐用度提高，美国科学家将道具设计成平截圆锥体，在适当的切削速度下，切削力减小10%左右，切屑厚度较小。德国研究所等研究了两个重要的参数切削温度和切削细加工表明：刀具切削刃的旋转运动带走了切削区大量的热量，降低了切削温度，旋转刀具的切削力大大小于固定刀具。研究了自驱动回转刀具的驱动和操作，认为倾斜的回转刀具切削效率最高。研究了降低硬质材料生产时间和成本的方法。硬度超过HRC60的材料的抛光通常使用磨削加工，随着加工技术的进步和刀具材料的发展，通过对刀具几何参数的优化，利用车铣技术即可获得磨削所能达到的尺寸精度和表面光洁度，且加工速度高，生产成本低。但是由于车铣加工的运动学和动力学特性非常复杂，加工刀具的刚性和几何形状要求较高，同时，刀具的最小直径限制了其使用范围的进一步扩大，在这些领域还有许多问题以待研究和解决。
1.3 本文主要研究内容
车铣加工由于其表面形成过程较为复杂，已加工表面表面粗糙度的理论计算较为困难。
本文通过对正交车铣加工的研究，综合考虑了刀具几何参数、刀具和工件的相对运动及切削用量，找出影响车铣加工表面粗糙度的主要因素。并据此提出了正交车铣加工表面粗糙度理论计算模型和轴向残留面积高度计算公式。
2 车铣的加工形式分析
车铣技术就是以铣代车实现加工的高效率。由于铣刀是多齿刀具，而铣刀自身又具有高速的转动速度，在单位时间内可以加大金属的切削量。此外，切削热可以被切削快速带走使被加工工件的表面残留的热量很小，加工表面基本无热应力产生的热变形。又由于铣刀在切削过程中是断续切削，因此无断屑问题。

图2 车铣加工示意图二

图2所示的是在车床上利用铣刀铣内、外圆柱面的加工示意图。由图中可以看出车铣加工的机床与刀具的运动方式。在加工外圆柱面时，铣刀可以从水平或垂直设置。水平设置刀具可以得到较大的切削深度、进给量和较高的表面质量，但加工表面的长度受到铣刀长度受到铣刀长度的限制。垂直设置刀具与水平设置刀具相逼有较低的切削力和表面质量，但被加工面得长度不受约束。
2.1 运动分析
车铣运动是一个复合运动，工件和道具分别以转速和作旋转运动，同时在进给机构的驱动下，刀具以作沿工件轴向的进给运动，如图3所示为常见的车铣运动组合，运动组合如箭头所示。因此，铣刀切削刃上某点在顺势相对于工件同时有速度和，这两个向量的和形成该点的合成切削速度，但切削刃上该点还要咬着铣刀的轴线旋转，一次该点相对于工件的运动轨迹应是一种延长摆线,但从整个刀具中心的运动可以只考虑和，则切削表面可以近似堪称螺旋面，即切削刃上某点切削轨迹是近似螺旋线。
对图3中的正交车铣 建立的以铣刀回转中心为坐标原点的X—Y—Z指教坐标系，如图4所示。X轴正向为铣刀进给速度方向，Z轴正向为工件线速度方向，则Y轴为铣刀的旋转轴。

图3 车铣的运动组合

图4 正交车铣直角坐标的建立与运动分析

2.2 水平运动模型
铣刀水平设置，铣刀与工件相对转动，切削点的运动形成了空间的螺旋轨迹。如图所示在轴向进给时切削表面的轨迹曲线。图5a为纵向观测的运动轨迹，图5b是轴向观测的运动轨迹。工件转动，铣刀即转又实现轴向进给。为了能更好的描述其切削点的运动轨迹，设定进给量为固定值的常量。此时得出运动过程的矢量图。如图6所示，车铣运动的过程完全可以通过矢量图加以描述。矢量V表示围绕工件转动的铣刀运动速度。引用文献计算公式分析。

图5 矢量图

图6 坐标轴图

=（） （1）
式中：D----工件的直径；
d----铣刀的直径；
Ω----工件的角速度。
铣刀的径向进给速度矢量为：
= (2)
式中：----切削点瞬间径向往复移动函数；铣刀的切入角
---在加工过程中铣刀同时参加切削工件的刀齿时，
铣刀在（）坐标上的转动矢量为：
= (3)
铣刀在（x,y）坐标上的转动矢量是为：
== (4)
铣刀在工件上切入点的轨迹曲线矢量为
=-+;将（1）（2）（4）式代入上式可得：
=（）- + (5)
而得长度为：
=(+)
= (6)
R值的大小取决于切入角、铣刀和工件的直径及瞬间的径向进给量。而轨迹矢量角为tg=/ (7)
由图3得知为：
=+=+ (8)
式中：---工件与铣刀的切削摆动角；
---铣刀的刀齿数；
---转动频率比（λ=）；
---铣刀的转速；
---工件的转速
切削摆动角φ的计算可以通过（）坐标系来求得，在（）坐标上的切入点轨迹矢量为：
=
式中：= （9）
将（9）式代入（5）式中可得：
= （10）
此时切削摆动角为: (11)
则8式可写成为：
=+arctg (12)
由此可得铣刀切削点瞬间径向往复移动函数为：

式中：----工件每一转时铣刀的径向进给量
3 车削及车铣加工表面粗糙度的影响因素分析
3.1切削加工中的表面粗糙度及其控制
经过切削或磨削加工后的表现总会有围观几何不平度，不平度的高度称为粗糙度。其产生的原因可归纳为两个方面。

（1）几何因素产生的粗糙度，也称为理论粗糙度，由切削运动和刀具的几何形状产生，主要取决于残留面积的高度。
（2）切削过程中不稳定因素所产生的粗糙度，包括积屑瘤、鳞刺、切削变形、刀具的边界磨损、切削刃与工件相对位置变动等。
由于车铣加工表面粗糙度主要取决于残留面积的高度，所以本文主要研究几何因素对车铣加工表面粗糙度的影响。
3.1.1 残留面积产生的粗糙度
切削时，由于刀具与工件相对运动以及刀具几何形状的关系，有一小部分金属未被切削下来，残留在已加工表面上，称为残留面积。如图7所示，其高度直接影响到已加工表面的横向粗糙度。理论的残留面积高度R可以根据刀具的主偏角、副偏角、刀尖圆弧半径r和进给量f，按几何关系计算出来。

图7 加工过程

刀尖圆弧半径r=0时：
= ()

（14）
刀尖圆弧半径r不等于0时：

(15)
由上面的分析可知，减小进给量f，可以降低零件的理论粗糙度，但是会影响生产效率。适当的减小副偏角和增大刀尖圆弧半径r，可以减小理论粗糙度。因此精加工时往往在刀尖处磨出一定得圆弧或修磨出一小段副偏角=0的修光刃，来降低零件的表面粗糙度。但是过度的减小副偏角和增大刀尖圆弧半径，会使刀具和工件之间的摩擦增大，产生振动，使工件表面质量下降。
3.1.2 切削过程中不稳定因素产生的粗糙度
1）积屑瘤
当切削塑性材料时，常在靠近切削刃及刀尖的签到面上产生积屑瘤，积屑瘤的硬度很高，可以代替切削刃进行其切削。由于积屑瘤会引起过切，并且自身不规则，且处于不稳定状态，不断生长和破碎，导致各处的过切量不一致。同时，一部分破碎的积屑瘤碎片嵌入已加工表面形成鳞片状毛刺。积屑瘤的生长于破碎导致切削力的波动，容易引起振动。所以除了残留面积造成的粗糙度外，就要数积屑瘤的生长于破碎对粗糙度的影响嘴严重。
2）鳞刺
鳞刺就是已加工表面上出现的鳞片状毛刺，常常发生于中低速、大进给量、较小前角切削塑性、韧性较大的金属时。鳞刺对表面粗糙度由严重的影响，使已加工表面变得很粗糙，是加工中获得较小粗糙度表面的一大障碍。
鳞刺可以在下述三种情况下形成
①形成节状切削或单元切削时。
②形成伴有积屑瘤的带状切削时。
③形成无积屑瘤的带状切削时。
综上所述得知，鳞刺的成因是：切削刃金属周期的在节状切削单元体前方或在积屑瘤前方积层，并周期性的被切削而形成鳞刺。
3）切削过程中的变形

图8 切屑形成

如图8所示，在挤裂或单元切屑的形成过程中，由于切削单元带有周期性的断裂，这种断裂要深入到切削表面下，从而在加工表面上留下挤裂的痕迹而形成波浪形。而在崩碎切削的形成过程中，从主切削刃处开始的裂纹在接近主应力方向斜着向下延伸形成过切，造成已加工表面凹凸不平。
4）振动
切削过程中如果有振动，表面粗糙度就会显著增大,振动式由于径向切削力太大，或者加工系统的刚度太小所引起的。
3.1.3 影响表面粗糙度的主要因素
1）刀具方面
A．几何参数
刀具几何参数中对表面粗糙度影响最大的是刀尖圆弧半径r，副偏角和修光刃。
刀尖圆弧半径r对表面粗糙度由双重影响：r增大时，残留高度减小，另一方面变形将增加。由于前一种影响较大，所以当刀尖圆弧半径r增大时，表面粗糙度将降低。因此在刚度允许的情况下，增大刀尖圆弧半径r是降低表面粗糙度的好方法。副偏角越小，表面粗糙度越低。但是减小副偏角容易引起振动，故减小副偏角，必须视机床系统的刚度而定。采用一段长度稍大于进给量的修光刃是降低表面粗糙度的有效措施，利用增加修光刃来消除残留面积是实际加工工件中常用的方法。
2）切削条件
A 切削速度v
加工塑性材料时，切削速度对积屑瘤和鳞刺的影响非常显著。切削速度较低易产生鳞刺，低速至中速一形成积屑瘤，粗糙度较大。避开这个速度区域，表面粗糙度会减小。加工脆性材料时，因为一般不会形成积屑瘤
和鳞刺，所以切削速度对表面粗糙度基本无影响。
由此可见，用较高的切削速度，既可以提高生产率，同时又可使加工表面粗糙度较小。
B 进给量f
从几何因素中可知，减小进给量f可以降低残留面积的高度。同时也可以降低积屑瘤和鳞刺的高度，因而减小进尽量可以使表面粗糙度值减小。是进给量减小到一定值时，再减小，塑性变形要占主导地位，粗糙度值不会明显下降。当进给量更小时，由于塑性变形程度增加，粗糙度反而会有所上升。
C 切削深度
一般来说，切削深度对加工表面粗糙度的影响是不明显的，担当切削深度小于0.002—0.003mm时，由于刀刃不是绝对尖锐而是有一定得圆弧半径，这时正常切削就不能进行，常挤压滑过加工表面而切不下切削而将在加工表面上引起附加的塑性变形，从而使加工表面粗糙度增大。所以切削加工不能选用过小的切削深度。
D 切削液
切削液的冷却和润滑作用，能减小切削过程的界面摩擦，降低切削区温度，从而减少了切削过程的塑性变形并抑制积屑瘤和鳞刺的生长，因此对减小加工表面粗糙度有利
3.2 车削加工的表面粗糙度
车削加工主要由车床类机床完成。车削是通过工件旋转进行切削的一种加工方式。在车床上可以加工各种回转体表面（如：内外圆柱面，圆锥面，成型回转面等）和回转体端面，某些车床还能加工螺纹面。
3.2.1车削的主要加工范围
（1）车外圆
外圆车削是车削加工中最基本的切削加工。车外圆的车刀有直头外圆车刀、弯头外圆车刀等。车外圆一般分为粗车和精车。粗车的目的是切去大部分加工余量；精车是要保证所要求的精度和表面粗糙度。
（2）车端面
车削端面可用弯头车刀和偏刀。当用偏刀车削并由外圆向中心进给时，如切深较大，切削力会使车刀扎入工件，形成凹面，因此可由中心向外切削。
（3）车螺纹
在车床上可利用螺纹车刀加工螺纹。螺纹按牙型分为三角螺纹、梯形螺纹和方牙螺纹等，其中普通公制三角螺纹应用最为广泛。
3.2.2影响车削加工表面粗糙度的主要因素
工件表面质量是工件加工质量的重要指标，因此对车削加工过程的工件表面质量的分析非常重要。工件的表面质量包括表面粗糙度、波形、形状误差的很多方面。如图9所示，在车削加工中，影响工件已加工表面粗糙度的因素主要有三个方面：
（1）刀具刀尖部分的几何形状
（2）刀具与工件之间之间相对运动的进给速度
（3）切削振动产生的刀具与工件之间的相对位置变化等
此外，切削速度、工件的材料、切削液等对工件的表面质量也会产生重大影响，而且由于切削过程中金属的挤压、变形、摩擦、磨损、力和热等物理因素的作用产生的积屑瘤、鳞刺、刀具的边界磨损等都会影响工件的表面粗糙度。切削液的使用和切削速度的提高有助于提高表面粗糙度，而随着进给量、切深
和振动的增加，会使表面粗糙度降低。

图9 粗糙度成因

通过对以上车削加工的表面粗糙度的分析，可以得知车削加工表面粗糙度与切削参数具有一定得对应关系，把表面粗糙度的估算值表示为
（16）
式中：进给量，
背吃刀量，
切削速度，
常数
3.3车铣轴向残留面积高度计算
3.3.1无偏心正交车铣轴向残留面积高度计算
偏心量e=0的无偏心正交车铣轴向残留面积高度的计算模型如图10所示：
设z为铣刀齿数，参数可反映工件转一转，刀齿在工件圆周上的啮合方位变化。首先讨论 =(m为整数)的情况。当 =时，若铣刀中心在位置时某一刀齿于工件的啮合位置为，则工件转动一周，铣刀中心移到位置时，一定有一刀齿在位置与工件啮合。

R—工件已加工表面半径；r--铣刀半径; —工件中心；--铣刀转过一个齿间角时工件转过的角度；--工件转速；--刀具转速

图10 无偏心正交车铣轴向残留面积高度计算模型

工件每转一周所形成的圆周表面由铣刀转过一个齿间角所形成弧段表面组成。理论上，铣刀转过任一个齿间角所形成的弧段表面形成过程和几何形状是一样的。图10 弧段表面是由铣刀（铣刀中心在位置）转过一个齿间角时，刀齿副切削刃切削铣刀在上一周（铣刀中心在位置）刀齿主切削刃转过一个齿间角的残留轮廓形成的。假设和的位置的刀齿为前一刀齿，则弧段中段由前一刀齿所形成， 段由相邻的后一刀齿形成。由于对称，在推导轴向残留面积高度时，只需考虑弧段表面即可。
弧段不同径向截面侧母线形成及轴线残留面积高度的理论计算有所不同。从图10可以看出，A-A截面轴向残留面积高度计算与车削加工相同，在此引用文献的计算公式如下：
当只有刀尖圆弧刃加工表面时（）
(17)
当刀尖圆弧和直线副切削刃加工表面时（）
(18)
式中：
当刀尖圆弧半径时
= （19）
式（17）--（19）中：为轴向残留面积高度，为刀具相对工件的轴向进给量，mm/r；为刀尖圆弧半径，mm;为铣刀主偏角；为铣刀副偏角。
上任一沿工件轴向且通过工件轴线的D—D剖面上，工件侧母线的形成过程与A—A剖面上工件侧母线的形成过程有所不同。刀具相对工件轴向进给一个进给量形成D-D剖面上侧母线线段EFG的切削过程如下：当铣刀中心在位置，铣刀刀齿转到F位置时刀尖首先切削F点，以后铣刀以转动，工件同时以转动，铣刀副切削刃切削各点顺次在略低于D-D的位置对FG上各点进行切削。同理，在铣刀相对工件进给一个，铣刀中心到达后，铣刀刀尖和副切削刃顺次对EF段各点进行切削。D-D剖面上轴向残留面积高度是由铣刀中心在位置，刀齿转至F位置主切削刃切削残留轮廓和铣刀中心在位置时副切削刃切削EF段的切削轮廓所决定。
铣刀中心在时副切削刃切削EF段形成的轮廓线可由D-D剖面上的假想副切削刃代替。假想副切削刃定义为：在D-D剖面内，其轮廓与由副切削刃切削EF后形成的EF轮廓线重合。若设D-D剖面上假想副切削刃的副偏角，则

式中：是刀片从E转到F后，由于铣刀本身的副偏角，使E、F亮点切削残留高度不同形成的。是刀片从E向F转动时，由于工件相对转动，刀齿切削E、F点的高度不同，而使E、F两点切削残留高度不同形成的附加副偏角。
从图10可以看出，铣刀中心在位置时，副切削刃绕从E转至F时可将EF段切出，设参与切削EF段的副切削刃长度为L，则
（20）
式中：
=
；
由D-D剖面位置决定。
若假设副切削刃从E转角（可近似取），工件转时（），副切削刃对F点进行切削，此时OD面转至OD’，则
（21）
式中：逆铣时区“-”号，顺铣时取“+”号。
确定了也就确定了铣刀中心在时副切削刃切削EF段的轮廓线，而刀齿主切削刃在D-D剖面上的切削残留轮廓，决定于诸切削刃和刀尖在D-D剖面上的投影轮廓。吧主切削刃和刀尖在D-D剖面的投影轮廓定义为假想主切削刃和假想刀尖，而且根据几何投影关系可确定相应的假想主偏角和假想刀尖圆弧半径。
确定了、和后就按式（17）-（19）计算D-D剖面已加工表面的轴向残留面积高度。但实际上，在高速正交车铣外圆柱表面时，因为>>，所以角很小，由（20）和（21）可知，即同时，由于角很小，

当（k,m为>1的不可约整数）时，切削过程中，工件转动k转铣刀刀齿在圆周上的啮合方位才能实现重合。但对于m>>k的高速正交车铣，刀具每转一个齿间角工件所转角度很小，所以，当工件每转过一转后，虽然刀齿与工件啮合方位与前一转不重复，但根据对前述假想副切削刃的分析，仍可近似用式（17）--（19）计算其已加工表面轴向残留面积高度。
综上所述，对于无偏心高速正交车铣，其理论轴向残留面积高度可用式（17）--（19）来计算。而且，从上述分析可知，在计算无偏心高度正交车铣理论向残留面积高度时可省略附加副偏角的影响，所以，理论上采用逆铣还是顺铣方式对已加工表面粗糙度没有太大影响。
3.3.2 偏心正交车铣轴向残留面积高度计算
偏心量的偏心正交车铣轴向残留面积高度的计算模型如图11所示，其中，为 铣刀端面刃（副切削刃）长度。
与无偏心高度高速正交铣的分析相同，由于>>，偏心高速正交车铣工件已加工表面轴向残留面积高度可由图11A-A剖面来计算。
图11中，A-A剖面上残留面积高度可由铣刀中心在刀齿处于位置时主切削刃在A-A剖面的投影与铣刀中心在、刀齿副切削刃从转至对EF切削所形成的轮廓线决定。在此引入A-A剖面内假想切削刃的概念。定义刀齿处于位置时主切削刃在A-A剖面上的投影为假想主切削刃，刀尖在A-A剖面上的投影轮廓为假想刀尖；在A-A剖面上，轮廓与铣刀中心在，刀齿副切削刃从转至切削EF后的轮廓重合的线段定义为假想副切削刃。相应的假想主偏角、假想副偏角、假想刀尖圆弧半径分别用、和表示。
根据投影关系，可以得出

(b)

(c)刀刃在剖面投影模型

图11 偏心正交车铣轴向残留面积高度计算模型

式中：为刀齿主偏角，
当或且时，A-A剖面上假想副切削刃的副偏角可由下式确定：

式中：L为铣刀中心在时，对EF线段进行切削的刀齿副切削刃长度，，为刀齿副偏角。
从图11可见与逆铣、顺铣无关，均为

式中：为副切削刃切削F点时从所转过的角度，，可由作图求出；R为工件已加工表面半径。
当刀齿处于位置时，刀尖圆弧刃在A-A剖面上的投影为一椭圆圆弧短，起长轴半径为，段轴半径为高速正交车铣加工所用工具为立铣刀，副偏角很小，所以，参与已加工表面残留面积高度形成的圆弧刃高度很小，当刀齿圆弧刃向A-A剖面投影成椭圆弧后，参与已加工表面残留面积高度形成的椭圆弧部分可近似用其顶点的曲率圆弧代替，如图11（c）所示。设曲率圆弧半径为则根据文献可得
按假想切削刃将、、代替式（17）--（19）中的，即可计算偏心正交车铣已加工表面轴向残留面积高度。从图11（c）可以看出，偏心量e越大，越小，轴向残留面积高度越大。
对于，且的情况（见图11（b））,副切削刃在切削EF段时，在I点形成一残留面积高度极值点，其大小为
（22）
式中：，显然式（22）要求

在确定了工件已加工表面轴向残留面积高度后，就可以计算由轴向残留面积高度决定的理论轮廓算术平均偏差。根据文献，轮廓最大高度是的4—7倍，即
3.4车铣加工和车削加工的比较与改进措施
车削是通过工件旋转进行切削的一种加工方式。在车床上可以加工各种回转体表面。车削加工表面粗糙度主要取决于刀具刀尖部分的几何形状；刀具与工件之间之间相对运动的进给速度；切削振动产生的刀具与工件之间的相对位置变化等。因此改善进给量；背吃刀量；切削速度等因素就可以很好的改善车削表面粗糙的加工质量。
车铣加工将车削和铣削加工有机结合在一起，利用车铣合成运动对工件进行加工，特别适合大型轧辊、发电机转子、曲轴等大型、精密复杂回转体零件的高效粗加工和精密加工，是实现所谓“全部加工”和“一次性完成的加工”的先进制造工艺。采用告诉车铣技术不但可以大幅度提高生产效率，而且加工精度和加工表面的完整性都大大优于传统的机械加工，是1种高金属去除率的“整体制造”技术。车铣加工表面粗糙度则主要取决于残留面积的高度计算，所以，改变残留面积高度（如上文分析）就可很好的改善车铣加工表面粗糙度。
如果已加工表面的走刀痕迹比较清楚，说明影响表面粗糙度的主要因素是几何因素，就应首先考虑减小残留面积高度。减小残留面积高度的方法，首先是改变刀具的几何参数，增大刀尖圆弧半径r和减小副偏角。采用带有=0的修光刃的刀具或精车刀。精车刀是生产中降低加工表面粗糙度所采用的方法。不论是是增大r、减小，或是用宽刃刀都能注意避免振动。减小进给量f，也能有效地减小残留面积高度，但减小进给量f会降低生产效率，所以只有在改变刀具的几何参数后会引起其他不良影响时才考虑减小进给量f。
如果已加工表面出现鳞刺或切削速度方向有积屑瘤引起的沟槽，那么就应从消灭积屑瘤和鳞刺着手。可采用更低或较高的切削速度，并配合较小的进给量，可有效地抑制积屑瘤和鳞刺的生长。在中、低速切削时加大前角，同时适当的增大一些后角对抑制积屑瘤和鳞刺有一定的效果。
4 结 论
车铣加工技术作为一门新兴的先进制造技术，具有加工表面质量好、加工过程不需冷却生产效率高、热应力和切削力小、可代替车削实现难加工材料的高速精密加工等优点，近年来成为机械制造领域研究的焦点，发展迅速，应用范围日益广泛，必将成为21世纪最具发展前景的高精密加工技术之一。
通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学习，对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，通过这次毕业设计是自己对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。

致 谢
首先，我要感谢我的毕业设计指导老师马老师。在毕业设计中，他给予了我学术和指导性的意见。我万分的感谢他给我的宝贵的指导意见和鼓励。
我也非常感谢我的父母和我的同学。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。
最后，很感谢阅读这篇毕业设计（论文）的人们。感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计（论文）。

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