球头立铣刀铣削力建模及有限元分析

论文摘要

本文从球头立铣刀的几何模型着手,建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型,分析刀具几何角度的变化对切削力的影响,作为有限元分析的基础。应用有限元软件ANSYS,研究在不同铣削条件下(背吃刀量、每齿进给量、主轴转速、悬伸长度等)球头立铣刀的受力情况、固有振动频率和振型,分析和预测其变化规律。1、从球头立铣刀的几何模型着手,将球头立铣刀刀刃进行离散化处理,把每一个离散单元的铣削视为斜角切削,利用车削的经验公式,建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型。在相同的刀具参数和铣削条件下,我校提出球头立铣刀制造方法制造的球头立铣刀的三向平均铣削力要比正交螺旋前刀面球头立铣刀要小。2、引入Solidworks建立的球头立铣刀仿真实体模型,进行有限元分析表明:其它铣削条件不变时,背吃量越大,球头立铣刀变形量和应力都同时增大,而且二者的增长幅度和增长趋势几乎相同;当每齿进给量增加时,球头立铣刀变形量和应力都同时增大,但是二者的增长幅度不同,球头立铣刀应力的增长更大一些;主轴转速越高,球头立铣刀变形量和应力也会越大,二者的增长趋势相同但是幅度不同,球头立铣刀变形量的改变较大。3、对球头立铣刀仿真实体模型模态分析表明:相同悬伸长度的条件下,球头立铣刀一阶和二阶固有频率很接近、三阶和四阶固有频率相差较大、二阶和三阶固有频率相差很大;不同悬伸长度下的刀具的一至四阶固有频率随着悬伸长度L的减少而增加;相同悬伸长度下,粉末冶金高速钢球头立铣刀的固有频率要比硬质合金球头立铣刀的固有频率低,最大变形量要大。说明刀具的约束条件和材质是影响刀具固有频率和振型的重要因素。

论文目录

• 摘要
• Summary
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景意义
• 1.2 球头立铣刀铣削力建模的研究状况
• 1.2.1 铣削力的经验系数建模
• 1.2.2 铣削力的理论建模
• 1.2.3 自动化加工的铣削力建模
• 1.3 铣削加工过程刀具受力有限元分析
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 球头立铣刀铣削力建模
• 2.1 球头立铣刀主切削刃曲线
• 2.2 球头立铣刀的主切削刃几何角度
• 2.2.1 理论基准坐标系及刀具角度定义
• 2.2.2 刀具角度的求解
• 2.3 球头立铣刀铣削力模型
• 2.3.1 球头立铣刀的单层切削模型
• 2.3.2 球头立铣刀瞬时切削力模型
• 2.3.3 球头立铣刀瞬时切削合力模型
• 2.3.4 球头立铣刀每转平均切削力模型
• 2.4 球头立铣刀瞬时切削合力的计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 球头立铣刀有限元分析
• 3.1 有限元法求解思路分析
• 3.2 球头立铣刀的有限元模型
• 3.2.1 球头立铣刀实体几何模型的建立
• 3.2.2 球头立铣刀模型的网格划分
• 3.2.3 球头立铣刀位移边界条件的确定
• 3.2.4 载荷的施加
• 3.3 铣削条件的变化对球头立铣刀应力场的影响
• 3.3.1 背吃刀量对球头立铣刀应力场的影响
• 3.3.2 每齿进给量对球头立铣刀应力场的影响
• 3.3.3 切削速度对球头立铣刀应力场的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 球头立铣刀模态分析
• 4.1 模态分析概述
• 4.2 球头立铣刀的模态分析过程
• 4.3 不同悬伸长度球头立铣刀的模态分析
• 4.4 不同刀具材料球头立铣刀的模态分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录