BTA深孔钻削刀具系统特性研究

论文摘要

本文分析了BTA钻削的工作原理和钻削过程的特点,根据深孔加工中断屑和排屑障碍的问题,分别从内排屑深孔钻的分屑、断屑和导向条等方面进行了详细的讨论。为保证顺利排屑,对切屑液的流动性也进行了分析和选择。对合理配置导向块的位置和形状,进行了详细的分析和设计。对深孔加工刀杆的屈曲行为进行了分析,通过静力平衡法得到无重刀杆受已加工表面约束在压扭组合作用下的屈曲微分方程,证明了均匀螺旋线确实为无重刀杆受已加工表面约束在压扭组合作用下的刀杆屈曲方程的精确解。通过能量变分原理得到了欧拉方程及相应的自然边界条件,所得欧拉方程使我们判断直接能量法等所得近似结果的精度成为可能。分析了影响深孔加工精度的主要因素,对孔中心线偏斜问题的机理进行了探讨,建立了刀杆的力学模型,通过理论分析得出了深孔偏斜的偏斜量。通过深孔加工专用机床的实验,对比可以发现孔偏斜量的实际测量值和计算值比较一致,说明理论分析是正确的。对支承不重合对孔偏斜的影响也进行了理论分析和实验验证,并提出了相应的一系列措施。采用有限元分析软件ANSYS进行了刀杆的模态分析,建立了有限元模型,划分了有限元的网格,分析刀杆加工过程的非线性。把有限元仿真结果和实验结果做了对比和分析,得出液体和刀杆和孔壁的非线性接触对于刀杆的偏斜具有重要影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 深孔加工的特点
• 1.3 深孔钻削发展简况
• 1.4 课题的来源及主要内容
• 2 BTA钻削原理
• 2.1 单管内排屑深孔钻的产生和发展
• 2.2 BTA刀具的工作原理
• 2.3 内排屑深孔钻中的分屑、断屑和导向条设计问题
• 2.3.1 分屑和断屑
• 2.3.2 导向条设计问题
• 2.4 BTA钻的切削用量
• 2.5 本章小节
• 3 刀杆系统建模与动态特性分析
• 3.1 深孔加工刀杆屈曲行为研究
• 3.1.1 静力平衡法研究屈曲
• 3.1.2 利用能量变分原理研究钻杆屈曲
• 3.2 深孔加工过程刀杆动态特性分析
• 3.2.1 刀杆的动态分析
• 3.2.2 刀杆的动态特性
• 3.3 基于ANSYS仿真的刀杆动态分析
• 3.3.1 刀杆有限元模型的建立
• 3.3.2 刀杆有限元模型加载图及仿真结果与理论值比较
• 3.4 本章小结
• 4 深孔加工中孔偏斜问题分析
• 4.1 刀杆自重引起的弯曲对孔偏斜的影响
• 4.1.1 刀杆的力学模型建立
• 4.1.2 刀杆自重引起孔偏斜的理论分析
• 4.1.3 刀杆自重引起孔偏斜量的计算
• 4.1.4 实验研究
• 4.2 支承不重合对孔偏斜的影响
• 4.2.1 受导向套不重合度影响的孔偏斜量计算
• 4.2.2 受刀杆支撑套不重合影响孔偏斜计算
• 4.2.3 实验研究
• 4.4 本章总结
• 5 基于ANSYS软件的刀杆属性仿真研究
• 5.1 有限元技术及软件ANSYS简介
• 5.1.1 有限元技术简介
• 5.1.2 有限元分析软件ANSYS简介
• 5.2 ANSYS模态分析
• 5.2.1 模态分析主要步骤
• 5.2.2 刀杆的模态分析
• 5.3 ANSYS的非线性分析能力
• 5.3.1 刀杆加工分析过程的非线性
• 5.3.2 ANSYS非线性分析
• 5.4 加工刀杆的有限元模型的建立
• 5.4.1 设置单元类型和实常数
• 5.4.2 几何模型的建立和网格划分
• 5.4.3 接触对的建立以及约束和载荷的施加
• 5.5 有限元结果及与实验结果的比较
• 5.6 本章总结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献