车刀前刀面温度的计算及参数调整
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技术综合
摘要：分析了车刀前刀面温度分布的计算方法及影响因素，认为车刀前刀面温度分布与切削力关系密切，而切削力不仅与切削速度而且与车刀位置有关。提出并通过计算实例证明合理调整车刀温度计算经验公式中的参数可显著提高计算精度。
1 引言
图1 车削过程示意图
2 车削过程的热源分析
s、刀具前刀面与切屑在摩擦挤压区OB产生的热量Qf1、车刀后刀面与切削层材料在摩擦挤压区OC产生的热量Qf2等。通过试验研究可知，在较低切削速度下，上述三个热源对车刀热变形的影响程度比较均匀；但随着切削速度的提高(v≥30m/min)，刀具前刀面与切屑摩擦引起的温升Qf1对车刀热变形的影响程度显著增大。因此，在实际加工中，分析及掌握车削时车刀前刀面的温升变化规律是计算车刀切削热的关键。
3 车刀前刀面摩擦热源的温度分布
c为车刀切削速度，则根据固体热传导常规理论可知，车刀上宽度为dx的窄带热源所引起的切屑内任意点M的温升为 dqf=2qfmdxe-(x-x1)(-vc)2aK0{(-vc)[(x-x1)2+y2]½}2pl2a(1)式中：qfm——热源热强(cal/cm2·s)
f=qfm∫Le–vc(x-x1)2akK0[-v(x-x1)]dxpl02ak=2aKqfm{i[-v(x-L)，1]-i[-vx，1]}plv2ak2ak(2)式中：qfm=(Fzvhfa)/(JLb)
z——切削力
f——前刀面摩擦功热量在车刀切削热量中所占比例
2/s)
z被认为是只随车削速度变化的量(即在恒定车削速度下为常量)。但根据实际切削力分析可知，Fz不仅随切削速度的变化而变化，同时也随车刀位置尺寸的变化而变化，而非式(2)中的定值。因此，式(2)应改写为 qf=1∫Le–v(x-x1)2akqfmK0[-v(x-x1)]dxpl02ak=vahf∫Le–v(x-x1)2akFz(x)K0[-v(x-x1)]dxpl02ak(3)
4 切屑平均温度计算公式中的参数调整
0+A(TB-TO)(4)式中：TO=qOS+qOf+Tu
B=qOC+qOf+Tu
u——室温
图2 三种方法所得车刀表面温度曲线对比
z仅为切削速度的函数)来计算车刀前刀面的平均温度分布，其计算值与实验值相比误差在10%以内。当考虑Fz为F(v，x)函数时，其计算将变得较为复杂。为此，笔者提出通过调整温度参数A(即采用分段计算法)来提高计算精度。
2/s，热导率l=0.11cal/(cm·s·℃)。
B实验所得车刀表面温度曲线的比较结果见图2。
5 结论
- 车刀前刀面的温度分布与车削时的切削力密切相关。切削力不仅与切削速度有关，还与车刀前刀面位置有关。因此，将切削力看作仅与切削速度有关的常量的传统温度分布计算方法是一种简化算法，包含了较大误差，应使用经验公式进行修正。
- 计算实例证明，通过对经验公式中参数A的取值进行分段调整，可显著提高计算精度，这对实现车刀温度误差的软件补偿创造了有利条件。
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