五齿梳刀切削受力问题分析

　　美国PMC公司生产的1077型数控车丝机床是中心转塔式四工位专用数控机床，由一把梳刀一次成形。1077型内螺纹数控车丝机床加工石油接箍偏梯形螺纹，要求接箍螺纹应无明显的撕裂、刀纹、磨痕等缺陷，在完整螺纹长度内没有破坏螺纹连续性的瑕疵。

　　加工效率和精度高，可加工尺寸4 1/2″～10 3/4″的钢管。切削特点是刀具旋转，工件不动。采用矩形单面带齿梳刀，刀具前角为0°，可保证较高的螺纹精度及表面光洁度，且牙形畸变误差小。在切削中，梳刀5个齿逐个参加切削，使刀具和刀杆承受了很大的切削力，这给螺纹加工带来了不良影响，下面就五齿梳刀切削受力这一问题进行分析。

五齿梳刀各齿的理论余量分配

　　石油管螺纹梳刀是一种高效成型刀具，设计中的一个关键环节是确定合理的切削图形，一是考虑每个齿的切削负荷分配合理性；二是考虑精车齿的加工余量合理性，不论梳刀有几个齿，最后一个都是精车齿，其切削截面应包含一个完整的螺纹牙型，以保证螺纹齿形的几何精度及表面光洁度。各齿的切削分配是否合理，不仅关系着梳刀寿命及断屑效果，还会影响工件的精度及表面质量，因此，梳刀各齿的切削分配是梳刀设计中的关键。

　　偏梯扣螺纹齿高为h，假设加工余量为h0。五齿梳刀的刀齿分别为第1粗车齿、第2粗车齿、第3粗车齿、第4粗车齿和成形齿。第1粗车齿加工后余量为ΔX1=h－t4；第2粗车齿加工后余量为ΔX2=t3；第3粗车齿加工后余量为ΔX3=t2；第4粗车齿加工后余量为ΔX4=t1；五齿成型齿加工完成后为全顶螺纹，齿高为h。

刀具在实际加工中的受力情况

　　在加工过程中（假设加工中刀具进给切削，工件旋转），刀具主要受到来自三个方面力的影响：工件逆时针旋转方向的阻力a，刀具进给方向的切削阻力b和刀具与工件接触方向的切削阻力c。由于来自工件旋转方向上的阻力a和刀具进给方向上的阻力b不会影响到螺纹的齿形加工，所以这里只考虑来自刀具与工件接触方向（一般机床上为X轴方向）上的阻力c的影响。

刀具在受力情况影响下加工的变化

　　假设当第1粗车齿接触工件时，所受力为F1，产生变形量为δ1；第2粗车齿接触工件时，受力为F2，变形量为δ2；第3粗车齿接触工件时，受力为F3，变形量为δ3；第4粗车齿开始切削时，受力为F4，变形量为δ4，第5齿即精车齿切削时，受力为F5，变形量为δ5。当五齿梳刀所有齿同时参加切削时，受力达到平衡，不再产生变形。由五齿梳刀的结构可以看出，X轴方向上的受力大多来自刀具上每个齿的顶部（即与工件最先接触部分），所以当第2粗车齿开始切削时，与第1粗车齿之间可产生的最大变形量为δmax2＝第1粗车齿和第2粗车齿沿锥面上齿高差＝t4－t3；以此类推,δmax3＝t3－t2；δmax4＝t2－t1；δmax5＝t1。所以∑δmax＝δ1＋δmax2＋δmax3＋δmax4＋δmax5＝t4＋δ1。因此，成形齿相对第一粗车齿的最大变量Δh=∑δmax－δ1＝t4。成形齿齿高为h，则Δh＋h＝t4＋h。第1粗车齿左侧底部高为h＝t5，很明显，第1粗车齿右侧齿底部分t5＜t4＋h，在工件上第1扣做出的斜面将无法被成形齿覆盖，在工件第1扣上形成不完整螺纹。但随着第2、第3、第4粗车齿和成形齿陆续切削，受力趋于平衡，变形逐渐减小，工件上的不完整螺纹在第3、第4扣上逐渐消失。由于是按照最大变形进行计算的，所以成形齿加工后齿高不会产生不合格情况，实际测量也是这样。在加工中，若工件第1、第2扣上形成不完整螺纹，则会造成管子报废。

　　根据上述分析，进行以下的实验：将t5＜t4＋h的五齿梳刀修整后，保证t5＞t4＋h?，则在加工中，能避免工件上前1、2扣上产生不完整螺纹。

　　在实际生产中，加工变形是很难克服的，为使刀具更好地适应生产，在设计五齿梳刀时，应充分考虑第一粗车齿齿底处的影响，保证t5＞t4＋h。这样的五齿梳刀将减小第1粗车齿对螺纹加工的影响，从而提高产品质量。

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