單麗君，萬暢

(大連交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

RV減速器擺線輪軸承孔精鏜加工工藝分析

單麗君，萬暢

(大連交通大學(xué) 機械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

以RV80E減速器擺線輪為研究對象，利用金屬切削有限元軟件AdvantEdge FEM對其軸承孔精鏜加工過程進(jìn)行仿真分析，模擬了切削溫度和切削力的變化情況.在此基礎(chǔ)上，分析了不同進(jìn)給量對切削溫度、刀具切削力的影響，確定了擺線輪軸承孔精鏜加工的最佳進(jìn)給量范圍，仿真分析結(jié)果為實際擺線輪軸承孔鏜削加工的切削參數(shù)選擇提供了參考.

擺線輪；精鏜； AdvantEdge FEM； 切削參數(shù)

0 引言

擺線輪是RV減速器重要零部件之一，其軸承孔的加工精度和表面質(zhì)量要求很高，加工質(zhì)量的好壞決定了擺線輪的整體使用性能，繼而影響RV減速器整機使用效果.鏜孔是軸承內(nèi)孔精加工的關(guān)鍵工序，鏜削加工過程中刀具切削溫度和所受切削力的影響對工件的加工精度影響較大[1].

陸郁[2]等利用AdvantEdge軟件研究了機加工工藝參數(shù)對某缸體曲軸孔的精鏜加工切削性能的影響. 肖田[3- 4]等利用AdvantEdge對航空鈦合金Ti6-Al-4V的銑削加工過程進(jìn)行了模擬仿真，分析了銑削速度對刀具切削溫度的影響規(guī)律.王大明[5]采用AdvantEdge FEM對發(fā)動機進(jìn)排氣座圈加工工藝進(jìn)行仿真分析,對比得到最佳的進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速搭配方案.本文利用AdvantEdge FEM軟件仿真分析擺線輪軸承孔精鏜加工過程中，切削溫度及切削力的變化情況，在此基礎(chǔ)上，通過改變不同進(jìn)給量，分析刀具所受最大切削力、最高溫度等對擺線輪軸承內(nèi)孔加工精度的影響，確定最佳進(jìn)給量范圍.

1 精鏜加工刀具及切削參數(shù)選擇

1.1 擺線輪軸承孔精鏜加工要求

RV80E擺線輪結(jié)構(gòu)如圖1所示，制造材料為GCr15,熱處理方法為淬火加低溫回火，具有較高的硬度、均勻的組織、良好的耐磨性、高的接觸疲勞性能[6].所研究的是其軸承孔精鏜加工過程，沿中心分布的三個軸承孔精度要求及加工過程完全一致，因此只取其中一孔.該孔尺寸精度為H7，表面粗糙度要求Ra為0.8，孔內(nèi)徑36 mm，擺線輪厚度12 mm.

圖1 RV80E擺線輪模型

1.2 刀具及切削參數(shù)選擇

根據(jù)實際加工的鏜孔要求，選擇合適的刀具材料為CBN(立方氮化硼)，該刀具適宜用在切削用量小的工序，且具有較高的硬度及耐磨性、切削效率高、刀具使用壽命久[7].

刀具幾何角度的選擇對切削力、切削溫度和被加工工件表面質(zhì)量均有重要影響[8]，考慮到切削力、溫度、切屑排出和刀具磨損等因素，確定刀具幾何角度為主偏角κr=90°、前角γ0=-5°、后角α0=10°、刃傾角λs=5°.但本文所選用的AdvantEdge軟件由美國公司開發(fā)，其規(guī)定的角度為BR(背前角) 和SR(側(cè)前角)，其在所規(guī)定的假設(shè)工作平面(Pf)和進(jìn)給平面(Pp)中測量刀具幾何角度.由于角度標(biāo)準(zhǔn)的差異，需要對刀具角度進(jìn)行轉(zhuǎn)換計算.根據(jù)如下關(guān)系可計算出該軟件中所需角度：

計算得，在Advantedge中，側(cè)前角SideRakeAngle=-5°，背前角BackRakeAngle=-5° ，余偏角LeadAngle=-5°.

實際加工過程中，切削速度為120～200 m/min，進(jìn)給量為0.01～0.08 mm/r.本文選取符合實際加工的最佳切削速度為150 m/min，其余切削參數(shù)均不變，進(jìn)給量分別為0.01、 0.03、0.05、0.08 mm/r的情況進(jìn)行仿真分析.

2 軸承孔精鏜加工過程仿真分析

2.1 模型建立

采用Advantedge軟件標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建功能建立軸承內(nèi)孔及鏜刀片模型.建立簡化后模型，孔內(nèi)部直徑為36 mm，外部直徑為68 mm，厚度為12 mm；刀具模型，切削刃數(shù)目為2，切削角度按上述設(shè)置.工件材料與刀具材料參數(shù)性能如表1、表2所示：

表1 GCr15工件材料性能

表2 CBN刀具材料性能

2.2 網(wǎng)格劃分

工件和刀具的網(wǎng)格劃分采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，網(wǎng)格單元為四節(jié)點四面體.網(wǎng)格劃分主要參數(shù)設(shè)置為：工件最大單元尺寸0.6 mm，最小單元尺寸0.05 mm，網(wǎng)格劃分等級0.3；刀具網(wǎng)格劃分更為細(xì)密，最大單元尺寸0.3 mm，最小單元尺寸0.03 mm，網(wǎng)格劃分等級0.5.劃分后的網(wǎng)格效果如圖2所示.

圖2 網(wǎng)格劃分效果圖

2.3 參數(shù)設(shè)置及仿真分析

仿真模式選擇為標(biāo)準(zhǔn)模式，該過程其余切削參數(shù)：Spindlespeed(主軸轉(zhuǎn)速)為1 600 r/min、Feedperrev.(每轉(zhuǎn)進(jìn)給量)為0.05 mm/r、Initialtemperature(初始溫度)為20℃、AngleofRotation(轉(zhuǎn)動角度)為360°.切削參數(shù)按照上述設(shè)定情況，依次改變進(jìn)給量，逐次進(jìn)行仿真分析.即設(shè)定切削速度為150 m/min時，取進(jìn)給量分別為0.01、0.03、0.05、0.08 mm/r進(jìn)行仿真分析.

3 仿真結(jié)果后處理及數(shù)據(jù)分析

運用AdvantEdge FEM軟件對軸承孔鏜削加工過程模擬分析，可得出不同進(jìn)給量條件下，軸承內(nèi)孔精鏜加工過程中切削溫度和刀具所受切削力變化.

3.1 進(jìn)給量對刀具溫度的影響

取切削速度為150 m/min,進(jìn)給量為0.05 mm/r時，刀具溫度變化如圖3所示.

圖3 f=0.05 mm/r時刀具溫度變化

由圖3可以看出，隨著刀具切削的深入，刀尖溫度不斷上升，絕大部分熱量隨著切屑被帶走，由于工件與刀具接觸區(qū)產(chǎn)生擠壓摩擦，因此前刀面與工件接觸部位的溫度最高，最高溫度可達(dá)400℃.

當(dāng)切削速度不變時，取進(jìn)給量分別為0.01、0.03、0.05、0.08 mm/r時，最高切削溫度隨進(jìn)給量變化的曲線如圖4所示.

圖4 刀具瞬時最高溫度隨進(jìn)給量變化曲線

由圖4可知，當(dāng)切削速度不變，隨著進(jìn)給量的增加，刀尖瞬時最高溫度不斷增加，最高溫度可達(dá)500℃，導(dǎo)致這種變化原因是隨著進(jìn)給量的逐漸增加，切削區(qū)域變大，刀具克服金屬彈、塑性變形抗力及摩擦抗力所做的功增加，切削溫度上升.因此精鏜時，為保證孔表面質(zhì)量和加工精度，進(jìn)給量不應(yīng)取太大.

3.2 進(jìn)給量對切削力的影響

取切削速度為150 m/min,進(jìn)給量為0.05 mm/r時，切削力變化如圖5所示.

圖5 f=0.05 mm/r時切削力隨時間變化曲線

由圖5能看出，切削速度一定時，Z向力(進(jìn)給方向)Ff大致穩(wěn)定在一個定值；X(背吃刀量方向)、Y(切削速度方向)方向的力Fc、Fp隨著刀具在工件內(nèi)的不斷切深，鏜削面積增大，切削力逐漸增加，Y向切削力達(dá)120 N.因此當(dāng)其它切削參數(shù)一定時，不應(yīng)取過大的進(jìn)給量.若取太大的進(jìn)給量，切削力持續(xù)增加，影響鏜桿變形情況，同時將不能保證軸承孔的尺寸精度及表面粗糙度.

取切削速度不變時，進(jìn)給量分別為0.01、0.03、0.05、0.08 mm/r時，瞬時最大切削力隨進(jìn)給量變化如圖6所示.

圖6 瞬時最大切削力隨進(jìn)給量變化曲線

由圖 4、圖6可以看出，進(jìn)給量為0.01～0.05 mm/r時，隨著進(jìn)給量的增加，刀具最高切削溫度及瞬時最大切削力增長均比較緩慢，當(dāng)進(jìn)給量大于0.05 mm/r時，兩者增長趨勢均比較快.

因此綜合考慮加工效率、材料的去除率和為了減小所受切削力對鏜桿的影響，同時考慮切削溫度的影響，綜合各種因素，取符合實際加工的最佳切削速度為150 m/min,進(jìn)給量為0.03～0.05 mm/r時，刀具各方向切削力、承受最高溫度均相對較低，是擺線輪軸承內(nèi)孔精鏜加工較合理的切削參數(shù).

4 結(jié)論

(1)利用AdvantEdge FEM金屬切削有限元軟件，建立了仿真分析模型，對擺線輪軸承孔鏜削加工過程進(jìn)行模擬，得到不同進(jìn)給量條件下刀具切削力和切削溫度的變化曲線;

(2)在切削速度一定的情況下，隨著進(jìn)給量的增加，刀具切削溫度、刀具所受切削力均相應(yīng)增加.因此精鏜時，為保證軸承孔加工精度和表面質(zhì)量，進(jìn)給量不應(yīng)太大;

(3)綜合考慮鏜刀三方向切削力和刀尖溫度，確定出切削速度一定時，最佳的進(jìn)給量范圍為0.03～0.05 mm/r，為實際鏜削加工提供參考.

[1]周澤華.金屬切削原理[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.

[2]陸郁，廖最巧.應(yīng)用有限元分析優(yōu)化缸體曲軸孔精鏜加工[J].裝備制造技術(shù)，2011(10)：141- 144.

[3]肖田，王懷峰，武文革.基于Advantedge的鈦合金Ti-6Al-4V的高速銑削有限元仿真[J].煤礦機械，2012,33 (5)：138- 140.

[4]王懷峰，肖田，武文革.Ti-6Al-4V車削溫度的有限元仿真研究[J].機械設(shè)計與制造，2012(9):48- 50.

[5]王大明.缸蓋氣門座圈切削過程仿真與優(yōu)化[D].長春：吉林大學(xué)，2011.

[6]李晨希.金屬材料及其成形性能[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[7]潘軍.PCBN刀具的使用技術(shù)研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2005.

[8]張京英，于啟勛，龐思勤.PCBN 刀具切削力及摩擦系數(shù)試驗研究[J].航空制造技術(shù)，2009(12):70- 73.

Machining Process Analysis of RV Reducer Cycloid Bearing Hole Precision Boring

SHAN Lijun，WAN Chang

(School of Mechanical Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China)

Cycloid is one of the important parts of RV reducer,and the cutting performance has an important influence on the performance of the final RV reducer.A RV80E cycloid reducer is studied and the simulation on the bearing hole machining process is conducted using metal cutting finite element software AdvantEdge FEM to simulate the change of cutting temperature and cutting force with time.On this basis,the effects of different feed rate on cutting temperature and cutting force are analyzed.The simulation results provide a reference for the selection of cutting parameters in practical machining.

cycloid；precision boring；AdvantEdge FEM；cutting parameters

1673- 9590(2017)05- 0058- 04

A

2016- 12- 23

單麗君(1966-)，女，教授，博士，從事新型機械傳動及計算機仿真技術(shù)的研究 E-mail:slj@djtu.edu.cn.