基于系统动态设计技术的高速面铣刀研究

论文摘要

高速切削技术具有高效率、高精度和高表面质量等无可比拟的优越性,广泛地应用于汽车、航空航天、模具等制造领域,取得了显著的技术经济效益。高速切削刀具及其相关技术直接决定了高速切削的效益、质量和安全,是推广和应用高速切削技术的基础。高速面铣刀是目前应用比较广泛的高效金属切削加工刀具,在高速、断续切削的条件下,离心力和动态切削力所产生的冲击和振动是影响刀具使用寿命、加工质量、生产效率和机床高速切削效能发挥的重要因素,有必要对高速面铣刀的动态特性及其减振机理进行深入探讨,以改善切削质量,提高加工效率。本文以已有的高速铣削机理、高速铣刀安全性要求和高速刀具技术研究成果为基础,采用系统动态设计技术对高速面铣刀进行研究,主要研究内容为:1.针对高速面铣刀切削加工过程特点,建立高速面铣刀动态切削模型和高速面铣刀动力学微分方程,为高速面铣刀动态特性的研究奠定了基础;2.通过对高速面铣刀切削加工时所受动态载荷的研究,进行了高速面铣刀在离心力和动态切削力作用下振动模型预报;3.以减小高速面铣刀离心力和动态切削力作用下刀具振动幅值为目标,以高速面铣刀的切削特点、加工特征和高速面铣刀的安全性要求为基础,进行切削铝合金的高速面铣刀产品开发设计;4.通过有限元分析技术,对所开发的高速面铣刀进行减振性能预报。进行高速面铣刀在离心力作用下的变形分析,使刀具结构合理。5.对高速面铣刀进行动平衡试验和切削性能试验,对高速面铣刀的动态切削性能进行评价。研究结果表明,控制刀具的不平衡量,提高刀具的动平衡品质等级,进行刀具齿距的合理设计,能显著减小高速面铣刀离心力和动态切削力作用下振动幅值,可使高速面铣刀具有良好的动态切削性能,该方法具有很好的实用性。

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 高速铣削技术的研究
• 1.3 高速铣削刀具技术
• 1.3.1 刀具结构的设计技术
• 1.3.2 高速刀具材料的研究
• 1.3.3 高速刀具的动平衡研究
• 1.3.4 高速刀具安全性的研究
• 1.4 高速可转位铣刀的研究与应用现状
• 1.5 系统动态设计技术的应用
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第2章 高速面铣刀动态特性研究
• 2.1 高速面铣刀动态切削模型的建立
• 2.1.1 高速面铣刀的质量矩阵
• 2.1.2 高速面铣刀刚度矩阵
• 2.1.3 高速面铣刀阻尼矩阵
• 2.2 高速面铣刀离心力作用下的振动分析
• 2.2.1 高速面铣刀离心力
• 2.2.2 离心力作用下的振幅模型
• 2.2.3 离心力作用下的振幅影响因素分析
• 2.3 高速面铣刀动态切削力作用下的振动分析
• 2.3.1 高速面铣刀动态切削力
• 2.3.2 动态切削力作用下振幅模型
• 2.3.3 动态切削力作用下振幅影响因素分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 高速面铣刀开发
• 3.1 高速面铣刀安全性结构
• 3.2 高速面铣刀结构的确定
• 3.3 高速面铣刀接口形式的选择
• 3.4 高速面铣刀开发
• 3.4.1 高速面铣刀的刀片夹紧方式和安装方式
• 3.4.2 高速面铣刀结构参数的确定
• 3.4.3 高速面铣刀几何角度的确定
• 3.4.4 高速面铣刀齿间距设计
• 3.4.5 高速面铣刀内冷却孔的设计
• 3.4.6 高速面铣刀的动平衡设计
• 3.5 高速面铣刀附件设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 高速面铣刀减振性能分析
• 4.1 高速面铣刀固有频率分析
• 4.2 离心力作用下高速面铣刀减振性能分析
• 4.3 动态切削力作用下高速面铣刀的减振性能分析
• 4.4 高速面铣刀的变形分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 高速面铣刀的动平衡试验和切削性能试验
• 5.1 高速面铣刀的动平衡试验
• 5.1.1 高速面铣刀的平衡条件和平衡校正
• 5.1.2 高速面铣刀动平衡的精度
• 5.1.3 高速面铣刀动平衡试验装置及其工作原理
• 5.1.4 高速面铣刀动平衡试验参数和试验结果
• 5.2 高速面铣刀的切削性能试验
• 5.2.1 高速面铣刀切削试验条件
• 5.2.2 高速面铣刀的试验参数和试验结果
• 5.3 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