层切面铣刀的参数化设计及性能评价

论文摘要

铣刀是实现高效率金属切削的重要工具,它的结构合理与否也决定着铣削加工的高效程度,所以如何快速地设计出高效合理的铣削刀具是提高金属铣削加工效率的重要保障,也是机械制造业不断前进的基础。随着机械制造业的不断发展,铣刀的种类也越来越多。随着金属切削技术不断发展与应用,对铣刀的设计提出了更高的要求。现代刀具的设计不但要保证设计的准确性,更要保证铣刀设计的效率。为此参数化设计方法在一些刀具设计的过程中得到了广泛应用。有限元技术的发展也为参数化设计方法的推广提供基础,以最高的效率验证出刀具的设计合理性,并对刀具的性能做出理论上的评价。最后再通过实际切削实验进行刀具性能的验证。因此,研究高效铣刀的结构、参数化设计及有限元分析对于提高金属切削效率及切削质量具有重要的理论价值和现实意义。本文的主要研究内容如下:在分析了铣削加工特点以及铣削刀具设计的现状的基础上,提出了层切面铣刀的参数化设计技术。最终在UG二次开发平台上完成了几类层切面铣刀的参数化设计。对已设计的几把典型铣刀进行了有限元分析。在有限元软件ANSYS平台上,通过设置铣削特定的工件材料,得出切削时刀具的切削应力、刀具变形、切削载荷等信息;并对它们做了静力学分析,得出层切面铣刀模态等特征。这些有限元分析结论对刀具设计的合理性进行了验证,并为后续的铣削实验提供了基础。采用对比实验方法,验证层切面铣刀的设计合理性及结构的优越性。通过切削有限元设置的工件材料,获得铣削力的变化特征等信息。最后得到了层切面铣刀铣削表面的质量好于普通面铣刀的结论。通过实验验证参数化设计的结论,这也为后续的高效铣刀的结构参数优选提供了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 铣削技术的国内外研究现状及趋势
• 1.3 有限元在刀具方面的应用
• 1.4 参数化设计方法及应用
• 1.4.1 参数化设计方法的特点及分类
• 1.4.2 参数化设计的应用现状
• 1.5 铣刀设计存在的主要问题
• 1.6 主要研究内容
• 第2章 层切面铣刀设计技术研究
• 2.1 刀具设计基础
• 2.1.1 刀具材料的选择
• 2.1.2 工件的切削加工性
• 2.1.3 刀片设计要求及结构特点
• 2.1.4 面铣刀的选择
• 2.2 数控面铣刀设计技术原理
• 2.2.1 可转位面铣刀主要参数的选择
• 2.2.2 不等齿距
• 2.2.3 层切面铣刀
• 2.3 UG/OPEN API 技术
• 2.3.1 UG/OPEN API 简介及约定
• 2.3.2 UG/OPEN API 的应用范围
• 2.4 层切面铣刀性能评价
• 2.5 本章小结
• 第3章 层切面铣刀的参数化设计
• 3.1 基于UG 模板模型的参数化技术
• 3.2 面铣刀的参数化设计流程
• 3.2.1 模板模型参数的选择
• 3.2.2 模板模型参数化方法的实现
• 3.3 基于UG/OPEN API 技术的层切面铣刀的参数化设计
• 3.3.1 模板模型的建立
• 3.3.2 菜单的定制
• 3.3.3 对话框设计
• 3.3.4 回调函数的编写
• 3.4 本章小结
• 第4章 层切面铣刀的性能分析
• 4.1 层切面铣刀应力场分析
• 4.1.1 主偏角对应力场分布的影响
• 4.1.2 刀体直径对应力场分布的影响
• 4.2 层切面铣刀铣削力研究
• 4.2.1 面铣刀切削力分析
• 4.2.2 有限元分析中切削力加载
• 4.3 层切面铣刀的模态分析
• 4.3.1 层切面铣刀模态研究振型的分析
• 4.3.2 刀具主偏角对面铣刀模态影响的研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 参数化设计实例及实验验证
• 5.1 刀具设计实例
• 5.1.1 铣刀设计初始条件
• 5.1.2 铣刀模型的参数化设计
• 5.2 刀具有限元分析
• 5.2.1 有限元边界条件的建立
• 5.2.2 铣刀应力场仿真
• 5.3 刀具性能评价实验
• 5.3.1 实验条件及实验思想
• 5.3.2 实验参数及结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢