球头铣刀曲面加工过程的振动分析

论文摘要

曲面切削加工过程中,球头铣刀是曲面切削时应用最广泛的刀具之一。本文结合曲面切削的特点,基于切削加工理论,对球头铣刀曲面切削加工过程进行研究。球头铣刀铣削曲面的加工过程是一个复杂的加工过程,涉及到许多参数,彼此之间还相互影响,因此对球头铣刀切削工件的过程很难准确描述。切削力是切削过程中一个重要参数,是研究“刀具——工件”系统、建立模型和动力学分析的基础。论文考虑到球头铣刀本身复杂的刀具形状特点,采用沿着轴向微分离散切削刃的方法,分析切削微元参与切削的情况,并就具体的曲面铣削实例,建立球头铣刀切削力模型。在球头铣刀铣削曲面之后,加工表面上往往出现表面波纹度的现象。对此现象进行分析,刀具振动是影响加工工件表面质量的一个重要因素。在所建立球头铣刀切削仿真分析模型的基础上,研究球头铣刀刀具在铣削曲面过程中的振动,借助ANSYS有限元分析软件,对球头铣刀切削力模型进行模态分析和瞬态动力学分析。求出振动位移与切削时间之间的变化关系,讨论了切削三要素对刀具振动的影响,分析了相应的铣削速度、进给量和切削深度三者之间的组合是否会产生表面波纹度。论文中研究的球头铣刀切削力模型,得出振动位移和切削时间的关系,对球头铣刀刀具在铣削曲面中的振动进行了预测,这有助于提高加工工件的表面质量和生产效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 高速切削技术的发展概况
• 1.1.2 球头铣刀的研究现状
• 1.1.3 切削振动的研究现状
• 1.2 课题的选题背景及研究意义
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 切削加工的基本知识
• 2.1 金属切削加工的基本知识
• 2.1.1 直角切削
• 2.1.2 斜角切削
• 2.2 金属切削过程中的振动
• 2.2.1 金属切削振动的基本知识
• 2.2.2 切削过程中的颤振
• 2.2.3 刀具和工件之间的基本运动方程
• 2.3 加工过程中的表面波纹度
• 第3章 球头铣刀铣削曲面分析
• 3.1 球头铣刀的几何特征
• 3.2 三轴铣削曲面过程的几何特性
• 3.2.1 刀具坐标系与工件坐标系
• 3.2.2 刀具进给方向
• 3.3 球头铣刀铣削曲面过程的受力分析
• 3.3.1 球头铣刀铣削过程的几何仿真
• 3.3.2 切削微元的受力分析
• 3.3.3 球头铣刀某时刻的切削合力
• 3.3.4 铣削力系数模型的求解
• 3.4 球头铣刀有限元仿真分析结构模型的建立
• 第4章 球头铣刀切削仿真的计算分析
• 4.1 模态分析和瞬态动力学分析概述
• 4.1.1 ANSYS软件简介
• 4.1.2 模态分析概述
• 4.1.3 瞬态动力学分析概述
• 4.2 球头铣刀切削有限元结构模型的分析过程
• 4.2.1 模态分析过程
• 4.2.2 瞬态动力学分析过程
• 4.3 加工参数对刀具振动的影响
• 4.3.1 切削深度对刀具振动的影响
• 4.3.2 进给量对刀具振动的影响
• 4.3.3 铣刀转速对刀具振动的影响
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果