小直径铣刀加工淬硬钢曲线轮廓动力学特性研究

论文摘要

淬硬钢的加工技术是当前金属切削研究热点,而切削力是金属切削研究的重要手段。国内外学者主要以切削加工实验、数学模型、数值仿真等方法对切削力、切削温度、振动及切削参数等方面进行研究,而对加工过程中刀位路径对切削力的影响方面研究较少。本文主要针对小直径铣刀加工淬硬钢的情况,研究在切削过程中不同曲线刀位路径的切削力特性,同时建立曲线路径的多种切削力模型。本课题研究不同曲线刀位路径的淬硬钢的加工,对实际工程有较好的实践指导意义和理论意义,同时对其它刀位路径的加工也能起到指导或参考作用。本研究采用φ2 mm硬质合金TiAlN涂层平底立铣刀加工45#淬硬钢(52 HRC),主要研究内容包括:1、通过曲线轮廓的加工实验,研究高速加工不同切削参数下的切削力特性,得出实验条件下的最优切削参数。2、研究了加工不同刀位路径下的切削过程中切削力特性。研究结果表明,路径曲率的变化引起切削材料去除率变化,是导致切削力变化的主要因素;路径曲率的变化引起向心力变化,是导致切削力变化的次要因素。3、通过傅里叶变换,研究了直线刀位路径和曲线刀位路径下,加工淬硬钢的切削力频域特性。4、对切削力信号进行小波分析,并以小波分析为基础,研究了曲线路径的切削力特性。5、建立了关于曲线刀位路径的切削力数学模型、灰色模型及经验模型,并构架了多种切削力模型程序,此程序对实际工程具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 铣削力研究现状
• 1.2.1 实验铣削力研究
• 1.2.2 平底立铣刀模型研究
• 1.3 小直径铣刀研究现状
• 1.4 本课题的来源及研究内容
• 1.4.1 本课题的来源
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 第二章 曲线路径的实验研究与数据处理
• 2.1 实验条件
• 2.1.1 实验系统
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 圆弧轮廓实验方案
• 2.2.2 抛物线轮廓实验方案
• 2.3 实验数据采集与处理方法
• 2.3.1 实验数据的采集
• 2.3.2 切削力信号小波处理
• 2.3.3 切削力信号处理的实现
• 2.3.4 切削力计算实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 小直径铣刀铣削淬硬钢曲线路径特性分析
• 3.1 切削力信号分析
• 3.1.1 切削力信号频域分析
• 3.1.2 直线路径信号分析
• 3.1.3 圆弧路径信号分析
• 3.1.4 抛物线路径信号分析
• 3.2 曲线轮廓路径加工的特性分析
• 3.2.1 切削速度影响分析
• 3.2.2 进给速度影响分析
• 3.2.3 轴向切深影响分析
• 3.2.4 径向切深影响分析
• 3.3 曲线路径的曲率变化分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 小直径铣刀切削力模型与分析计算
• 4.1 平底铣刀切削力数学模型
• 4.1.1 平底铣刀的结构
• 4.1.2 数学模型的建立
• 4.1.3 圆弧路径的切削力模型
• 4.2 切削力数学模型计算
• 4.2.1 切削力系数计算
• 4.2.2 切削力计算
• 4.3 切削力瞬态仿真
• 4.3.1 瞬态仿真分析
• 4.3.2 仿真误差分析
• 4.4 切削力的预测及其实现
• 4.4.1 灰色模型的预测
• 4.4.2 经验模型
• 4.4.3 软件的实现
• 4.5 本章小节
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ: 切削力信号导入并计算
• 附录Ⅱ: 切削力系数计算程序
• 附录Ⅲ: 切削力计算程序
• 附录Ⅳ: 小直径铣刀高速切削淬硬钢策略系统软件界面
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文