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成形法加工螺旋锥齿轮切削力模型研究
摘要
针对螺旋锥齿轮成形法加工过程中的切削力问题，本文对其进行研究和分析。在分析切削力的影响因素基础上，建立了螺旋锥齿轮成形法加工切削力模型，并通过实验验证了模型的正确性。研究结果表明，该模型可为螺旋锥齿轮成形法加工提供一定的指导。
关键词：螺旋锥齿轮、成形法加工、切削力、模型
引言
螺旋锥齿轮是一种广泛应用于机械传动领域的重要零部件，它可以传递大扭矩和高转速的动力。由于其结构复杂，加工难度大，因此成形法加工逐渐成为了其主要加工方式之一。而在成形法加工过程中，切削力是一个非常重要的参数，直接影响着成形精度和加工效率。因此，准确地研究和预测成形法加工过程中的切削力具有非常重要的意义。
本文将从影响切削力的因素入手，建立螺旋锥齿轮成形法加工切削力模型，并通过实验验证模型的正确性。
1.影响切削力的因素
在成形法加工过程中，螺旋锥齿轮的切削力受到多种因素的影响，主要包括刀具的形状、材料和刃口半径、被加工工件的材料和形状、加工条件如切削速度、进给量、切削深度等。下面将对这些因素进行详细分析。
1.1刀具的形状、材料和刃口半径
刀具的形状、材料和刃口半径是影响切削力的重要因素。一般来说，刃口弯曲度越小、切削角越大，切削力越小，因为这样的刀具能够更加容易地进入工件，并且对加工表面的影响也更小。此外，刀具的材料也是影响切削力的因素之一。对于硬度高、强度大的刀具，其切削力会相应减小。刃口半径是切削力的决定性因素之一。当刃口半径越小时，切削力也越小，这是因为刃口半径越小，切向力和法向力就越小。
1.2被加工工件的材料和形状
被加工工件的材料和形状也是影响切削力的重要因素。对于硬度高、强度大的工件材料，其加工难度和切削力也相应较大。此外，工件形状也会影响切削力。例如，工件外直径越大、长度越长，切削力也越大。
1.3加工条件
加工条件也是影响切削力的重要因素之一。采用不同的切削速度、进给量和切削深度等加工条件，可以得到不同的切削力大小。一般来说，切削速度越大、进给量越小、切削深度越小，切削力越小。
2.切削力模型的建立
在分析切削力的影响因素后，本文建立了螺旋锥齿轮成形法加工切削力的模型。该模型基于齿轮成形法加工的基本理论，考虑了以上所述的影响因素，并结合切削力的数学模型建立而成。
模型建立过程包括以下几个步骤:
2.1建立切削力平衡方程
在成形法加工过程中，切削力是通过工件形状的塑性变形来传递的。因此，在建立冲压成形切削力模型时，需要考虑平衡方程，即切削力的平衡方程为:
Fr+Fn=Fv
其中，Fr、Fn、Fv分别代表径向力、切向力和进给力。
2.2建立切削力数学模型
在建立切削力数学模型时，需要考虑切削力与刀具材料、工件材料、切削条件等因素的关系。一般来说，切削力可以表示为如下公式:
Fc=Kc*ae*ap*f
其中，Fc为切削力大小，Kc为切削力系数，ae为刀具有效切削角，ap为刀具有效切削深度，f为进给量。
2.3建立切削力模型
在考虑了以上所述的影响因素后，本文通过综合数学模型，建立了螺旋锥齿轮成形法加工切削力模型，该模型计算简单、易于操作，能够快速预测成形法加工过程中的切削力大小。
3.实验验证
为验证切削力模型的正确性，本文进行了相关的实验工作。实验所用设备包括CNC数控加工中心、切削机床、刀具、工件及力传感器等。在实验过程中，对不同刀具半径、不同材料的工件和不同加工条件下的切削力情况进行了实验测试，并与模型预测值进行比较。
实验结果表明，建立的切削力模型能够较为准确地预测出螺旋锥齿轮成形法加工过程中的切削力大小，预测值与实测值基本一致。
4.结论
通过对螺旋锥齿轮成形法加工切削力的研究和分析，本文建立了切削力模型，并通过实验证明了模型的正确性。研究结果表明，螺旋锥齿轮成形法加工切削力受多种因素影响，建立切削力模型对于指导螺旋锥齿轮成形法加工具有一定的指导意义。