高速铣削立铣刀的有限元分析

【摘要】：高速加工是当今机械加工技术不可抗拒的发展潮流,其高转速、小切深、快进给方式的加工技术在模具制造中的应用前景广泛。但是小直径铣刀在高速铣削具有深槽或窄缝的模具时,刀具的非正常破损问题尤为严重,因此消除刀具的非正常破损现象、降低刀具成本是生产中亟待解决的问题。 本课题对国内外相关研究现状作了综述,并在课题组小直径铣刀高速铣削淬硬钢材料研究工作的基础上,建立了立铣刀的实体模型,应用有限元软件ANSYS仿真,研究在不同高速加工条件下(轴向切削深度、每齿进给量、切削速度、悬伸长度等),立铣刀实际的受力情况、固有振动频率和振型,分析和预测其变化规律,并与已有实验结果进行了对比分析。本研究为优选加工工艺参数,减少刀具磨损、改善工件表面粗糙度和采用适应高速加工的编程策略等提供了良好的基础性数据和分析方法。主要结论如下: 1、随着轴向切削深度和每齿进给量的增大,φ2mm立铣刀刀具的最大等效应力和最大变形量也增大,均呈直线上升趋势,较大应力均位于铣刀悬臂处及刀刃处。因此,在小直径铣刀高速加工淬硬钢时,轴向切削深度和每齿进给量应该尽量取小值,以刀具的受力、变形作为分析的优化目标,得出轴向切削深度较佳取值范围为:0.1～0.3mm,每齿进给量较佳取值范围为:0.01～0.03mm/z。 在一定的切削速度范围内(V_c=60m/min～160m/min),随着切削速度的增加,立铣刀刀具的最大等效应力、最大变形量均呈下降趋势,表明可以通过提高切削速度来提高进给速度,从而提高加工效率,降低成本。这也正符合了高速加工高进给、小切深的特点,这在实际生产中,具有非常重要的意义。 2、对φ2mm、φ6mm、φ10mm、φ14mm、φ18mm硬质合金立铣刀进行模态分析的结果表明,刀具的悬伸长度对小直径立铣刀振动的影响