【作 者】羅靜;康先強(qiáng)

　　【前 言】

　　錐齒輪機(jī)床銑齒切削力研究一直是切削過程研究的重點(diǎn)問題，同時也是銑齒振動刀具磨損、工藝參數(shù)優(yōu)化等研究的基礎(chǔ)。目前對銑齒切削力建模的方法主要包括3種:一是根據(jù)金屬切削理論，將切削力表達(dá)為進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速和背吃刀量等加工參數(shù)的函數(shù)，但這種方法需要進(jìn)行大量的正交實(shí)驗(yàn)，確定加工參數(shù)前面的系數(shù);二是機(jī)械模型，將刀具切削刃沿軸向進(jìn)行離散，對離散后的微段切削刃進(jìn)行求解，對微段切削刃積分即可求解出刀具上的切削力;三是根據(jù)簡化切削力模型，將切削力當(dāng)作切削面積和切削力系數(shù)的乘積，其中切削力系數(shù)由刀具材料和齒坯材料決定。

　　對于上述模型，國外Yang Y[1]、 Pradeep K B[2]、Korkut I[3]等學(xué)者分別對其進(jìn)行了相應(yīng)的應(yīng)用。Andersson C[4]建立了一種適用于多齒加工的切削力模型，對各參數(shù)與總切削力之間的影響進(jìn)行了分析。國內(nèi)賈新杰[5]通過正交實(shí)驗(yàn)標(biāo)定銑削力系數(shù)，并對瞬時切削面積進(jìn)行推導(dǎo)，建立了成形法加工螺旋錐齒輪大輪切削力模型，但銑削力系數(shù)是通過正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，應(yīng)用效率需要進(jìn)一步提高。王勇[6]采用切人法加工螺旋錐齒輪大輪的原理，推導(dǎo)了齒坯、刀具和機(jī)床坐標(biāo)系的關(guān)系模型。石銳[7]等人根據(jù)材料Johnson-Cook本構(gòu)方程和斜角切削理論，對剪切區(qū)的剪切應(yīng)力進(jìn)行計算，并結(jié)合瞬時切削面積構(gòu)建展成法粗銑小輪的銑削力模型。Zheng F Y[8]等人對展成法加工螺旋錐齒輪過程中的未變形切屑面積進(jìn)行了歸納總結(jié)，在此基礎(chǔ)上提出了一種高效、準(zhǔn)確的面銑切削力預(yù)測模型。

　　本文通過推導(dǎo)成形法銑齒過程中的瞬時未變形切削面積，結(jié)合剪切區(qū)應(yīng)力計算結(jié)果，構(gòu)建了成形法加工螺旋錐齒輪大輪的瞬時切削力模型，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)對理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　【結(jié) 語】

　　(1)通過推導(dǎo)成形法加工螺旋錐齒輪過程中的瞬時未變形切削面積，結(jié)合齒坯材料剪切區(qū)應(yīng)力計算結(jié)果，構(gòu)建了成形法加工螺旋的切削力模型，并使用Matlab編寫了仿真計算程序。

　　(2)設(shè)計銑齒實(shí)驗(yàn)，對理論模型進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，在X,  Y, Z這3個方向上切削力的理論計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對誤差分別為9.24% ,13.18%, 13.25%。理論切削力模型計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差在14%范圍內(nèi)，說明所建立的切削力模型具有較好的精度，為錐齒輪機(jī)床的設(shè)計，銑齒振動、刀具磨損研究等奠定了理論基礎(chǔ)。

　　以下是正文：