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基于数控铣削螺纹刀片刃口设计及ESC 工艺技术研究可行性报告 一、立项的背景和意义 刀具是制造工业非常重要的技术工具，刀具的性能和品质的优劣对于切削加工的精度、效率和产品质量都有直接而严重的影响。在高速切削过程中，刀具切削刃形状对加工质量有很大影响。特别是在金属去除量较小的情况下，刀具刃口刃形在一定程度上决定着切屑的形成过程。 近年来，随着对高速切削加工精度要求的不断提高，高速微切削加工受到广泛重视。高速微切削加工中，首先是刀具刃口（或是刃尖、或是刃线）接触工件，刃口和工件构成一对矛盾副，刀具参与切削部分主要集中在刃口及其临近区域内，刃口及其邻区的物理性能、机械强度、几何参数和高速刀具刃形对加工质量将起到至关重要的作用。 随着社会需要和科学技术的发展，产品批量小、更新换代频繁，能快速准确的设计制造合理刃口刃形的刀具成为人们的关注点。这要求设计者能根据市场的要求快速设计出刀具新产品。而传统的高速刀具逐渐难以满足这种要求。ESC( Edge and Surface Conditioning) 工艺是对刀具刃口进行强化( 钝化) 、表面抛光等综合处理的工艺方法。通过ESC 工艺处理, 可增强刀具刃口强度, 改善表面应力状态, 降低表面粗糙度值, 提高刀具耐用度1～4倍。 二、相关研究现状和发展趋势 迄今为止，国内外在高速切削加工刀具研究方面，主要是从工件材料的性能和切削速度等高速切削条件对加工质量的方面研宄，有关高速微切削加工过程中刀具刃口刃形对加工过程的影响研究较少。 近年来，在刀具刃口刃形研究方面，ISCAR公司和日本三菱公司推出的多功能刀片，具有空间切削刃和曲面前刀面，切削力小，刃口强度高，抗磨损能力强，成为国外高速加工切削刀具刃口刃形结构的代表；另外传统的刃口及表面强化只停留在毛刷机珩磨法、振动磨料珩磨法、喷砂强化法、高速粒子轰击法等。传统的振动珩磨机一般由振动机构( 电动机、凸轮、弹簧等) 和工作台组成, 磨料采用碳化硅或氧化铝颗粒等, 刀片和磨料装在工作台上的盒子中, 通过刀片和磨料的摩擦、冲击作用使刃口钝化。但在螺纹刀片这种复杂刃口进行钝化时, 很难保证刃口半径均匀一致, 齿顶和齿根刃口半径误差为0.02～ 0.09mm, 影响了螺纹刀片的加工质量和有效寿命。 目前，国内刀具刃口刃形研究主要集中在精加工和超精密切削加工领域，在进行精密超精密切削加工时切削厚度和进给量很小，在微米量级以下，刀具切削刃在刀具一工件接触中所占的比重加大，由刀具切削刃所造成的附加变形量在总的切削变形量中占的比例也加大，切削刃以外的刀具部分不起切削作用。切削刃将明显影响切削变形、已加工表面粗糙度和波纹度。因此，在高速微切削中，对刀具刃口刃形的优化设计和刃口的表面强化处理以及更为深入的研究是高速刀具生产的必然趋势。 三、研究开发内容和技术关键 本项目主要针对各种不同的螺纹齿形结构，不同的工件材质及热处理状态，不同的加工环境及不同的螺纹精度要求，通过软件模拟螺纹铣削状态，并以此为依据，设计出通用型以及专用型螺纹铣削刀具，满足各种螺纹加工需求。 3.1切削刃形曲线的重构技术研究 刃形曲线的重构是对已有点数据通过曲线拟合来完成，曲线拟合一般有以下几种情况（限于平面曲线）：线性拟合；圆弧拟合；均匀近似原理拟合。对于本项目产品的刃形曲线重构，我们采用线性拟合的思想来拟合重构刃形曲线并用解析表达式逼近离散数据，即离散数据的公式化螺纹铣刀磨损、加工螺纹孔尺寸小于公差时，可通过数控系统进行必要的刀具半径补偿调整后，继续加工出尺寸合格的螺纹为了获得高精度的螺纹孔，采用螺纹铣刀调整刀具半径的方法，比生产高精度丝锥要容易得多采用螺纹铣削，刀具切削力大幅降低，解决了机床负荷太大，无法驱动丝锥正常加工的问题。ESC( 刃口及表面强化处理) 工艺研究应用 ESC( 刃口及表面强化处理) 工艺按原理可分为机械、化学、电化学、磨料、热加工、电磁等多种工艺方法。本项目采用振动磨料珩磨法对螺纹刀片进行刃口表面强化处理, 其特点是设备投资少, 成本低，能有效降低或消除刀片表面的残余应力, 从而提高刀片耐用度。采用新型机械振动珩磨方法, 用新型振动电机代替传统的凸轮与电动机机构, 磨料则采用金刚砂和碳化硼混合粉末, 利用新型夹具改善刀片与磨料之间的相对运动, 使螺纹刀片的齿顶和齿根刃口半径更均匀, 其误差控制在0.01mm 以内, 从而提高了螺纹加工合格率和刀片有效寿命： (1) 经过ESC 工艺处理, 硬质合金螺纹刀片的耐用度可增加1. 2 倍； (2) ESC 工艺能够提高螺纹刀片的切削稳定性和加工合格率； (3) 螺纹刀片刃口倒圆半径存在一个最佳值Reo= 50Lm, 当R e= Reo时, 刀片耐用度最好。此外,刀片刃部各点的Re 越均匀, 切削性能越好。 该项目相关夹具