本發(fā)明屬于鉆削加工參數(shù)設(shè)計(jì)，具體涉及一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，汽車零部件的性能得到了很大的提升，這對(duì)關(guān)鍵零部件的性能和加工質(zhì)量要求越來越高。關(guān)鍵零部件新材料的研發(fā)與熱處理方式的變更滿足了汽車零部件高性能的要求，但提高了零件的加工難度。

2、以變速箱齒輪零件的孔加工為例，如圖1所示，該零件是由齒輪1和軸2熱處理后過盈配合而成，隨后加工孔3。由于齒輪1和軸2的熱處理工藝不同，導(dǎo)致齒輪1和軸2的熱處理層深和硬度不同，如圖2所示，從中可以看出，鉆頭從接觸工件到指定位置，所經(jīng)歷零件的硬度是不同的。目前，加工參數(shù)的選擇是通過人工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合試驗(yàn)的方法完成的，并未考慮零件不同層深硬度不同的問題。雖然這種方式能夠完成孔的加工，但參數(shù)選擇周期長，試驗(yàn)成本高。此外，一旦加工參數(shù)選擇的保守，影響加工效率；而加工參數(shù)給的過快，刀具易磨損，影響加工質(zhì)量，嚴(yán)重會(huì)損壞機(jī)床。因此，考慮零件硬度的不同，在不同層深使用不同的鉆削參數(shù)，減小鉆削力變化對(duì)鉆頭的沖擊，達(dá)到延長刀具壽命的目的，這對(duì)保證零件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)線生產(chǎn)效率是非常重要的。

3、綜上所述，熱后零件的孔加工并沒有形成專業(yè)、系統(tǒng)的工藝方法，工藝參數(shù)的選擇主觀性大，并未考慮零件材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，缺乏必要的理論依據(jù)，鉆頭壽命偏低，孔加工成本偏高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服機(jī)加鉆頭存在壽命低、成本高的不足，本發(fā)明提出了一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，包括如下步驟：

4、步驟1，鉆頭失效原因分析

5、對(duì)新鉆頭和失效鉆頭進(jìn)行對(duì)比，分析鉆頭失效原因，確定鉆頭失效的主要部位。

6、步驟2，鉆削過程的劃分

7、自工件表面沿深度方向，按其硬度變化將鉆削過程劃分為數(shù)層。

8、步驟3，鉆削力的計(jì)算

9、不同硬度層的軸向切削力不同，依據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)及工件的物理特性，按鉆頭主切削刃上的微元軸向作用力，求取鉆頭切削刃軸向切削力。

10、步驟4，鉆削過程階段劃分

11、按鉆頭由接觸工件至熱處理層、由熱處理層切出至正常切削層，劃分鉆削過程階段。

12、步驟5，鉆削加工參數(shù)的計(jì)算

13、依據(jù)鉆頭幾何尺寸、鉆削加工參數(shù)和工件物理特性，建立鉆頭瞬時(shí)鉆削力模型，計(jì)算鉆削過程各階段鉆削加工參數(shù)。

14、上述的鉆頭壽命提升方法，還包括步驟6，鉆孔加工。按步驟5得到的鉆削過程各階段鉆削加工參數(shù)，對(duì)工件實(shí)施鉆孔加工。

15、上述的鉆頭壽命提升方法，還包括步驟7，通過進(jìn)給軸負(fù)載的波動(dòng)判斷鉆削參數(shù)選擇是否合理，若參數(shù)選擇不合理，則返回步驟1；若參數(shù)選擇合理，則統(tǒng)計(jì)鉆頭壽命提升是否明顯；若鉆頭壽命提升不明顯，則返回步驟1。

16、上述的鉆頭壽命提升方法，以帶軸齒輪為待加工工件，采用鉆頭鉆削孔，孔穿過齒輪和軸。

17、分析鉆頭失效原因。齒輪為熱處理的零件，表面硬度高，鉆頭與工件接觸時(shí)，產(chǎn)生的切削力與切削熱集中在鉆頭刃尖部位，致使刃尖磨損、脫層，導(dǎo)致鉆頭失效。

18、上述的鉆頭壽命提升方法，自工件表面沿深度方向，按其硬度劃分為4層，其中，第一層為熱處理層，第二層為正常切削層，第三層為熱處理層，第四層為正常切削層。

19、上述的鉆頭壽命提升方法，自工件表面沿深度方向，按其硬度劃分為4層，依次為：

20、硬度為62hrc的第一層、硬度為58hrc的第二層、硬度為65hrc的第三層、硬度為60hrc的第四層。

21、上述的鉆頭壽命提升方法，所述步驟3，進(jìn)一步包括：

22、鉆頭切削刃軸向切削力ff，其計(jì)算式如下：

23、

24、式(5)中：lu為切削層上限，ld為切削層下限，dff為切削刃微元軸向切削力。

25、上述的鉆頭壽命提升方法，所述步驟4,進(jìn)一步包括：。

26、鉆削過程劃分為4個(gè)階段，依次為：

27、階段1(t0-t1)：從鉆頭接觸齒輪開始，至主切削刃完全進(jìn)入熱處理層為止；

28、階段2(t1-t2)：鉆頭從齒輪熱處理層切出，至主切削刃完全進(jìn)入正常切削層為止；

29、階段3(t2-t3)：鉆頭從齒輪正常切削層切出，至主切削刃進(jìn)入軸的熱處理層為止；

30、階段4(t3-t4)：鉆頭從軸熱處理層切出，至主切削刃完全進(jìn)入軸的正常切削層。

31、上述的鉆頭壽命提升方法，所述鉆削過程4個(gè)階段中，鉆頭軸向切削力，計(jì)算式如下：

32、

33、式(10)中，f為進(jìn)給速度，為切削刃斜角，ω為切削刃寬度，κt為鉆頭鋒角，r為鉆頭直徑。

34、上述的鉆頭壽命提升方法，所述步驟5，進(jìn)一步包括：

35、鉆削加工參數(shù)具體為：鉆削過程不同層深處，其鉆頭轉(zhuǎn)速為{ni}(i∈[1,4])，其進(jìn)給速度為{fi}(i∈[1,4])。

36、所述步驟6，進(jìn)一步包括：

37、將鉆頭轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度分別輸入加工設(shè)備的代碼中。

38、本發(fā)明的有益效果是：

39、一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，考慮了熱后裝配零件的特點(diǎn)，能夠根據(jù)零件材料物理特性的不同，通過調(diào)整工藝參數(shù)來控制不同層深處鉆削力的突變，減小刀具失效風(fēng)險(xiǎn)，保證了產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍與零件質(zhì)量，且降低了生產(chǎn)成本。

40、一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，考慮了熱后零件的特點(diǎn)，根據(jù)不同層深硬度的差別選擇不同加工參數(shù)，保證負(fù)載平衡，減小刀尖刃口的沖擊，進(jìn)而延長刀具的壽命。

41、一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，建立了加工參數(shù)和鉆削力間的關(guān)系，并考慮了零件的物理特性。以鉆削力為約束條件，依據(jù)零件物理特性的不同搭配不同的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。所得結(jié)果能夠很好的指導(dǎo)加工參數(shù)選取，并提高刀具的壽命，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，還包括步驟6，鉆孔加工：按步驟5得到的鉆削過程各階段鉆削加工參數(shù)，對(duì)工件實(shí)施鉆孔加工。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，還包括步驟7，通過進(jìn)給軸負(fù)載的波動(dòng)判斷鉆削參數(shù)選擇是否合理，若參數(shù)選擇不合理，則返回步驟1；若參數(shù)選擇合理，則統(tǒng)計(jì)鉆頭壽命提升是否明顯；若鉆頭壽命提升不明顯，則返回步驟1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，以帶軸齒輪為待加工工件，采用鉆頭(11)鉆削孔(3)，孔(3)穿過齒輪(1)和軸(2)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，自工件表面沿深度方向，按其硬度劃分為4層，其中，第一層(7)為熱處理層，第二層(8)為正常切削層，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，自工件表面沿深度方向，按其硬度劃分為4層，依次為：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，所述步驟3，進(jìn)一步包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，所述步驟4，進(jìn)一步包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，所述鉆削過程4個(gè)階段中，鉆頭(11)軸向切削力，計(jì)算式如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述鉆頭壽命提升方法，其特征在于，所述步驟5，進(jìn)一步包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種基于瞬時(shí)鉆削力模型的鉆頭壽命提升方法，屬于鉆削加工參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，解決機(jī)加鉆頭壽命低的技術(shù)問題，其方法包括分析鉆頭失效原因，確定鉆頭失效的主要部位；自工件表面沿深度方向，按其硬度變化將鉆削過程劃分為數(shù)層；依據(jù)鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)及工件的物理特性，按鉆頭主切削刃上的微元軸向作用力，求取鉆頭切削刃軸向切削力；按鉆頭由接觸工件至熱處理層、由熱處理層切出至正常切削層，劃分鉆削過程階段；建立鉆頭瞬時(shí)鉆削力模型，計(jì)算鉆削過程各階段鉆削加工參數(shù)的步驟。該鉆頭壽命提升方法用于鉆削加工工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：潘天航,楊永星,寇植達(dá),余功炎,賈聚鵬,趙文昌,邵樹軍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6