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《山东大学》 2012年
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整体立铣刀瞬态切削力理论预报及应用研究

王启东  
【摘要】:铣削是金属切削应用最广泛的加工工艺之一,在航空、航天及汽车零部件制造等领域有重要应用。整体立铣刀广泛应用于零件侧面、成形面、槽、小平面,尤其是模具各种结构形状的型腔加工。铣削力是计算切削功率和切削扭矩、分析加工过程中切削热、刀具磨损和使用寿命、工件加工精度和已加工表面质量的基础参量,对于指导机床、刀具、夹具设计,制定合理切削用量,优化刀具几何参数等均有重要意义。 本文建立基于前刀面剪切效应与后刀面犁切效应双重机制的整体式立铣刀瞬态铣削力预报模型,适用于整体平头立铣刀、球头立铣刀、圆弧刃立铣刀、变螺旋角不等齿距立铣刀,模型采用几何分析方法提取瞬时参与切削的微元切削刃的数目和分布信息,容易实现程序化计算。通过钛合金TC11、45#钢和1Crl8Ni9Ti的铣削试验获得试验数据,多组数值仿真结果与试验测量结果对比,验证模型的有效性。 在切削加工系统中,刀具几何参数和切削用量影响零件加工质量、生产成本、生产周期及整个切削加工系统的经济效益。采用数值仿真方法研究立铣刀几何参数和切削用量对铣削力的影响规律,为指导刀具结构设计和优选切削参数提供理论依据。 基于铣削力对切削效果的影响提出瞬态铣削力评价准则,基于该评价准则,针对一种典型薄壁件加工情形,对整体立铣刀具的几何参数和切削用量进行优选,为探索切削加工工艺优化提供新途径。 基于建立的瞬态铣削力模型,开发《高速铣削切削力预报软件系统V1.0》。该软件的回调函数采用MATLAB提供的M语言编写,借助MATLAB的GUI模块实现界面制作,具有良好的人机交互界面,可以针对具有任意几何参数(刀具直径、螺旋角、齿数、圆角半径)的整体式平头立铣刀、整体式球头立铣刀、整体式圆弧刃立铣刀在不同切削用量(轴向切削深度、径向切削深度、每齿进给量)下进行瞬态切削力精确预报;预报结果的输出量包括瞬态铣削力合力及刀具进给方向、刀具进给方向的垂直方向、刀具轴线方向三个分力的波形图,并可以计算出当前加工条件下铣削力合力及各方向分力的最大值、最小值以及平均值;切削力预报软件的开发可为切削力模型在刀具生产厂家的铣刀结构参数设计和刀具用户生产车间的工艺制定提供便利。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG54

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【参考文献】
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