高速铣刀安全性衰退行为特征研究

论文摘要

高速铣刀是实现高速切削加工的典型刀具之一,其安全性是指高转速条件下铣刀保持其“完整”与“稳定”状态的能力。已有研究表明,在远低于IS015641标准规定的安全转速工况下,高速铣刀安全稳定状态就已逐渐开始恶化,在未发生铣刀完整性破坏之前,高速铣刀安全性存在一个动态衰退过程。本论文在国家自然科学基金项目“高速铣刀安全性衰退机理及其跨尺度关联设计方法(50975067)”的支持下,对高速铣刀安全性衰退这一动态过程等相关问题进行了以下研究:通过对已发生完整性破坏的高速铣刀的分析,提取出高速铣刀完整性破坏典型特征,对高速铣刀进行宏观失效分析,微观检测高速铣刀样本破坏的典型特征,获得高速铣刀的破坏原因,优选能够突出表现高速铣刀安全性问题及具有普适性结构的高速铣刀安全性分析模型,将高速铣刀安全性衰退行为特征进行总结,为进一步研究高速铣刀安全性衰退过程奠定基础。为研究高速铣刀组件的变形特征,对高速铣刀受载情况进行分析,研究不同组件应力场对离心力及切削力载荷交互作用的响应,提取不同切削载荷下的铣刀组件变形特征,揭示了高速铣刀安全性衰退过程中影响刀具组件变形的主要因素及不同组件的变形行为特征。通过对在离心力及切削力交互作用下的高速铣刀模态分析,建立了单齿切削和多齿切削的动态切削力模型,并通过高速铣刀切削铝合金实验进行了高速铣刀在不同切深及齿数下的振动数据,通过对频谱的分析结合铣刀模态分析,揭示多种载荷交互作用下,的影响高速铣刀稳定性的主要因素及不同组件的稳定性行为特征。为验证高速铣刀安全性衰退动态过程,建立高速铣刀综合实验平台,通过对实际切削时高速铣刀的变形,振动,动平衡及刀具磨损情况的分析与检测,揭示刀具切削层参数随切削过程的演变规律和切削过程中离心力载荷和切削力载荷对高速铣刀安全性影响规律。优化了安全性国际标准,对未来高速铣刀的安全性设计起到了一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 高速铣刀安全性研究中存在的问题
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 高速铣刀完整性破坏分析
• 2.1 高速铣刀完整性破坏失效分析
• 2.1.1 高速铣刀完整性破坏形式
• 2.1.2 高速铣刀失效因素分析
• 2.1.3 高速铣刀完整性破坏结构分析
• 2.2 高速铣刀完整性破坏过程描述
• 2.3 高速铣刀完整性破坏的应力场特性及其模型优选
• 2.3.1 切削厚度对高速铣刀完整性破坏的影响
• 2.3.2 冲击载荷对高速铣刀完整性破坏的影响
• 2.3.3 高速铣刀的几何模型优选
• 2.4 本章小节
• 第3章 高速铣刀组件变形分析
• 3.1 高速铣刀载荷分析
• 3.2 离心力作用下高速铣刀应力场分析
• 3.2.1 离心力对刀体变形的影响
• 3.2.2 离心力对刀体与螺钉结合面变形的影响
• 3.2.3 离心力对刀片与刀体结合面变形的影响
• 3.2.4 离心力对刀片位移的影响
• 3.3 切削力作用下高速铣刀安全性应力场分析
• 3.3.1 切削力对刀体应力场的影响分析
• 3.3.2 切削力对螺钉应力场影响的分析
• 3.3.3 切削力对刀片位移影响的分析
• 3.3.4 切削力对刀体与刀片结合面应力场的影响分析
• 3.3.5 切削力对刀体与螺钉结合面应力场的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 高速铣刀安全稳定性分析
• 4.1 高速铣刀的离心力振动分析
• 4.2 高速铣刀的切削力振动切削力分析
• 4.3 高速铣刀振动模态分析
• 4.4 齿数对高速铣刀动态切削力的影响
• 4.4.1 高速铣刀单齿动态切削力模型
• 4.4.2 高速铣刀多齿动态切削力模型
• 4.4.3 不同齿数高速铣刀动态铣削力模型
• 4.5 切削深度对高速铣削铝合金动态铣削力实验及频谱分析
• 4.6 不同齿数高速铣削切削铝合金实验及动态铣削力频谱分析
• 4.7 本章小节
• 第5章 高速铣刀安全性实验
• 5.1 实验条件
• 5.2 高速铣刀动平衡特性分析
• 5.3 高速铣刀组件误差变形分析
• 5.4 高速铣刀振动分析
• 5.5 高速铣刀刀齿磨损不均匀性分析
• 5.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢