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高速面铣刀安全性的研究

李哲  
【摘要】: 高速切削加工技术具有高速、高效、高加工精度的优点,是最具共性的先进制造技术之一,具有广阔的应用和发展前景。 高速切削的核心是高的切削速度,铣削是目前高速切削应用的主要工艺。高速铣刀是实现高速铣削加工的重要技术之一。它在高速旋转时各部分都要承受很大的离心力,其作用远远超过切削力的作用,成为刀具的主要载荷。已有研究表明刀具所受的离心力与刀具的转速平方成正比,过大的离心力将导致刀具失效,甚至解体,产生重大事故。因此,高速铣刀安全性的研究对高速刀具技术的研究和高速切削加工技术的应用具有重要意义。 本文以已有的高速铣刀安全性的研究为基础,根据高速铣刀安全性国际标准,采用有限元分析方法对高速面铣刀的失效形式及其影响因素进行了分析和讨论。研究结果表明,刀具设计、制造和使用过程中的误差及其分布是导致高速面铣刀不平衡量和离心力增大、降低刀具安全性的重要因素。 根据高速铣刀动平衡原理,针对高速面铣刀结构特点,建立了高速面铣刀动平衡模型。通过刀具误差分析,提出了高速面铣刀最大不平衡量求解方法,获得了刀具误差及其分布对高速面铣刀动平衡影响规律。 采用高速面铣刀动平衡模型,分别进行了等齿距高速面铣刀与不等齿距高速面铣刀动平衡精度的预报,并提出了提高高速铣刀动平衡精度的措施;实现了基于动平衡模型的高速面铣刀安全性评价。结果表明:在一定的齿距误差范围内,可以在设计中通过调整刀具模型的质量分布,减小由于结构不对称导致的不等齿高速面铣刀的不平衡量。 根据ISO 15641标准,分别进行了高速面铣刀动平衡试验和高速面铣刀安全性的切削试验。试验结果表明:采用高速面铣刀动平衡精度预报模型,控制刀具误差及其分布,可有效提高高速面铣刀的安全性。采用本文研究的结论而开发、设计的高速面铣刀产品已应用于铝合金和铸铁材料的高速铣削加工中。


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