椭圆振动辅助车削中切削力的预测研究

发布时间：2017-06-30 20:22

  本文关键词：椭圆振动辅助车削中切削力的预测研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在现代工业中,椭圆振动切削(Elliptical Vibration Cutting,EVC)这种新型加工方式逐渐进入人们的视野,并被学术界广泛认可,它的出现加深了人们对于超精密加工技术的认知和理解,它所特有的椭圆振动轨迹为自身带来了很多优点。首先,得益于刀具的前刀面和未切割的材料之间的周期性的分离特性,它能够切削玻璃陶瓷、光学元件和碳化硅等硬脆性材料,其次是由于摩擦力反转现象的存在,切削力和切削热显著降低,切屑更容易排出。最后,与传统加工方式相比,应用EVC加工工件能够延长刀具使用寿命以及提高加工效率。切削力是金属切削加工过程中的基本物理量之一,是分析机制工艺、设计机床、刀具、夹具时的主要技术参数,所以可靠的切削力预测显得尤其重要。切削力的分析将有助于揭示EVC的温度、应力的变化机制和表面完整性的影响。然而,现阶段对于椭圆振动切削力的研究尚未成熟,虽然国内外许多学者相继提出了切削力模型,但他们并未考虑切削刃钝圆半径的存在,在实际的切削加工中,完全锋利的刀具是不存在的,他们忽略了切削刃钝圆半径对切削力的影响。综上所述,建立一个较为完善的切削力模型是当前EVC研究的重点。本文将通过三个方面来完成对切削力的预测研究。1.通过对椭圆振动的机理分析,探讨EVC的轨迹,摩擦力反转特性以及切屑的形成过程。然后根据刀具切削刃上分流点的位置将切削力模型的建立分为三部分进行,即耕犁力模型、分离切削力模型和后刀面切削力模型。在完成理论模型的初步建立后,又对切削力影响因素进行了简要分析。2.采用ABAQUS有限元分析软件,利用二维EVC加工6061铝合金,对切削力进行有限元建模。通过分析在切削深度、切削速度、振动频率、刀具的前角和切削刃钝圆半径取值不同的情况下,所对应的EVC主切削力和背吃刀力大小的变化规律。3.利用超精密数控车削中心进行切削实验,分别选取聚晶金刚石(PCD)和6061铝合金作为刀具和工件材料。应用压电叠堆驱动器、压电功率放大器、电容式位移传感器、信号发生器、多轴运动控制器以及EVC装置完成实验系统的调试,并设定合适的切削参数完成对切削力的测量,同时调整参数的大小,来观察切削力的变化规律。
【关键词】：椭圆振动切削 切削刃钝圆半径 切削力的预测 切削力的影响因素分析 Abaqus 有限元仿真分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG501.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 EVC切削力13-17
• 1.2.2 切削刃钝圆半径17-18
• 1.3 本文研究内容18-21
• 第2章 EVC切削力的机理性建模21-37
• 2.1 EVC的机理21-25
• 2.1.1 EVC过程分析21-23
• 2.1.2 切屑的形成23-25
• 2.2 考虑切削刃钝圆半径影响的切削力模型的建立25-33
• 2.2.1 耕犁力模型25-31
• 2.2.2 分离切削力模型31-32
• 2.2.3 后刀面切削力模型32-33
• 2.2.4 综合切削力模型33
• 2.3 最小切削厚度33-36
• 2.3.1 最小切削厚度模型的建立33-35
• 2.3.2 关于摩擦系数的分析讨论35-36
• 2.4 基于切削力机理性模型对切削力的仿真分析36
• 2.4.1 切削深度对切削力的影响36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 EVC切削力的有限元建模37-65
• 3.1 EVC有限元模型的建立37-46
• 3.1.1 工件建模38-39
• 3.1.2 刀具建模39
• 3.1.3 材料属性39-42
• 3.1.4 装配42
• 3.1.5 网格的划分42-44
• 3.1.6 定义载荷44-46
• 3.2 基于有限元建模对切削力的影响因素分析46-64
• 3.2.1 不同前角的影响46-51
• 3.2.2 不同切速的影响51-55
• 3.2.3 不同切削深度的影响55-58
• 3.2.4 不同刀具刃口钝圆半径的影响58-60
• 3.2.5 不同刀具振动频率的影响60-64
• 3.3 本章小结64-65
• 第4章 EVC实验研究与结果分析65-75
• 4.1 切削系统组成65-66
• 4.2 实验方案的设计66-71
• 4.2.1 工件材料和刀具的选取67-68
• 4.2.2 实验参数的确定68-69
• 4.2.3 EVC装置介绍69-70
• 4.2.4 实验环境测试70-71
• 4.3 车削实验与结果分析71-74
• 4.3.1 不同切削深度对切削力的影响71-72
• 4.3.2 不同进给量对切削力的影响72-73
• 4.3.3 不同振动频率对切削力的影响73-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 总结与展望75-77
• 5.1 总结75
• 5.2 展望75-77
• 参考文献77-83
• 致谢83-84

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本文编号：503416