螺纹丝杠旋铣加工中刀具与工件温度建模及仿真分析

发布时间：2020-05-27 08:57

【摘要】：旋风铣削具有高效率、高精度和绿色无污染的特点,螺纹丝杠广泛应用于船舶、电站、高档数控机床、高速交通和航空航天等领域。螺纹丝杠旋风铣削在切削热源、热传递和热载荷作用方式等方面与普通断续切削和连续切削存在明显的差异。探索螺纹丝杠旋风铣削过程中刀具及工件的切削温度变化规律,对优化切削速度来降低切削温度,并抑制螺纹丝杠旋风铣削的热载荷冲击,具有重要的理论意义及应用价值。本文以螺纹丝杠旋风铣削为研究对象,采用PCBN圆弧刀具和GCr15工件材料,结合切削原理和固体传热学理论,建立中刀具和工件温度模型,对刀具和工件温度在不同条件下变化规律进行研究,探索切削过程和非切削过程对刀具及工件温度的影响。主要研究内容如下:首先,在对旋风铣削刀具和工件的运动机理及刀具双圆弧特性分析的基础上,利用前一刀切削和后一刀切削轨迹的坐标转换关系,对螺纹旋风铣削过程中切屑厚度及刀具切屑接触长度的时变特性进行分析,并在此基础上,建立剪切面和刀具摩擦面热源面积,进而求解剪切面热源强度和刀具摩擦面热源强度,为刀具和工件温度的建模提供基础。其次,基于刀具间歇性地切入和切出工件,建立旋风铣削过程刀具的瞬态切削温度的理论预测模型,根据温度场的叠加原理对刀具的瞬态温度进行分析,综合考虑切削过程中切削阶段和非切削阶段对刀具温度的影响,揭示铣削过程中刀具在不同加工条件下的周期性变化规律,并采用实验进行验证,然后根据模型分析刀具在不同热源频率下的变化特性和在不同深度下温度的分布情况。再次,基于移动热源法建立旋风铣削过程工件瞬态切削温度理论预测模型,综合考虑切削过程中切削阶段和非切削阶段对工件温度的影响,揭示不同加工条件下对工件切削温度分布的影响规律,并分析切削参数对工件温度的影响以及工件内部不同深度下的分布及变化规律。最后,采用MATLAB工具,开发一套适用于旋风铣削刀具和工件的温度仿真分析系统,设计了仿真系统的结构和功能模块,应用该系统可以在不同加工参数下对刀具和工件的温度进行仿真分析。
【图文】：

切屑形状,旋风铣削,运动形式

图 2.3 旋风铣削加工过程运动形式Figure 2.3 movement form of whirlwind milling厚度时变特性旋风铣削过程中，旋风铣机床刀盘每转过一周，多把成型刀具依刀具形状是圆弧形，如图 2.4 所示，刀具渐进式的切入，因此，切度呈现周期性幅度变化的特征，具有典型的断续切削加工特征。的切屑与切屑厚度不变的车削加工不同，也与使用刀具宽度不变加工的切屑形状及变化特性不同。从切屑的形成过程来看，旋风了摩擦、犁耕和切削，因此在切削过程即呈现宏观切削的分离特削变形的特性。螺纹绿色切削是在时变断续冲击、多自由度耦合，以及强热力耦合干式硬态切削等复杂工况下，完成对螺纹工件程。正是由于旋风铣削加工的独特性，其运动过程和切屑成型机

旋风铣削,刀具,轮廓,工件

图 2.4 旋风铣削刀具轮廓gure 2.4 whirlwind milling cutter con与工件相对运动方向的不同，旋转方向与工件的旋转方向相称之为逆铣。为提高工件的表多采用顺铣法切削加工。以刀具和工件的间歇性地接触存在一定的偏心距 e，如图 2.2的中心和工件的中心建立了两建立刀具坐标系 Ot-XtYtZt，Zt工件坐标系 Ow-XwYwZw，Zw轴速较小，刀盘的转速较大，，且时变特性建模过程中，采用刀时采用刀盘的圆心和工件的圆
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG54

【参考文献】