切削稳定域下高速车削45~#钢的切削力与表面粗糙度研究
发布时间：2020-12-26 14:39
为了适应科技与社会的快速发展,企业对制造业的要求不断提高,因此高速切削技术以及高速切削机床在制造业中快速崛起,在保证工件表面质量的前提下,如何提高加工效率是该领域的一个重要研究内容。由于目前还没有相对完整的切削参数组合,可供操作人员在实际高速切削加工过程中选择,大多数企业为了保证机床和操作人员的安全,在生产加工过程中会选择使用该机床相对较低的切削速度,这样导致了高速机床的优越性不能充分发挥出来。因此需要通过模拟仿真与试验研究相结合的方式,对外圆高速车削加工过程进行研究,这对实际高速车削加工过程中实现高效率,高表面质量具有重要意义。本文以切削稳定域下外圆高速车削45~#钢为研究对象,基于无颤振切削参数对外圆高速车削加工中的切削力和表面粗糙度进行研究,并通过高速车削试验验证了仿真结果的可靠性。本课题主要做了以下几个方面的研究:(1)外圆切削系统稳定性分析与验证。运用解析法对两自由度切削系统动力学方程进行求解,得到了极限切削宽度的数值表达式,通过MATLAB绘制了判别切削系统稳定性的稳定性叶瓣图,得到了极限切削宽度的最小值,该值既能避免高速切削时机床发生颤振,又可有效的提高工件表面质量;最后...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速切削速度-温度曲线
切削稳定域下高速车削45#钢的切削力与表面粗糙度研究8第2章外圆高速车削稳定性分析2.1引言高速切削加工过程产生的切削颤振是制约高速切削加工效率和加工精度极其重要的因素，当金属工件在高速机床上加工时，切削颤振现象会导致切削加工过程复杂多变，从而使得机床加工工件的表面精度降低，也会加剧刀具的磨损。通过对切削稳定性进行分析，绘制稳定性叶瓣图得到极限切削宽度值，实际现场操作人员在批量生产加工之前，可以通过叶瓣图的稳定区域选择合理的切削参数，这样不但可以避免高速切削加工过程中切削颤振对工件表面产生的不利影响，而且可以充分发挥机床和刀具的性能，提高加工效率并增加企业经济效益。为了验证稳定性叶瓣图所预测出的稳定区域，对稳定区域的切削参数进行时域仿真分析。2.2外圆车削颤振模型在对外圆车削颤振分析过程中，往往将工件考虑为刚性体，并且认为切削厚度只受刀具动态参数的影响。但实际切削加工过程中主轴转速往往低于工件的固有频率，因此，本小节视第一阶振型为有意义参数，并且将工件也考虑为一个单自由度的弹簧-质量-阻尼系统，并建立工件-刀具两自由度外圆车削颤振系统动力学模型，如图2.1所示，其运动学方程为工件和刀具随时间变化的耦合式[43]，如式(2.1)：图2.1外圆车削颤振动力学模型111111222222coscosmxtcxtkxtFtmxtcxtkxtFt(2.1)
解。由主轴转速表达式(2.18)和极限切削宽度表达式(2.22)分析可知，如果能够测出机床系统动力学参数(1k ，2k ，1 ，2 ，n1 ，n2 )以及外圆切削工件时的动力学参数fk ，可以通过编写程序来绘制出切削稳定性区域图，通过该图可以在稳定区域根据所需主轴转速来选择切削宽度，稳定性叶瓣图绘制过程如图 2.2 所示。 2.4.2 外圆高速车削稳定域分析 根据文献[43，44]中试验结果得到的相关参数(1k =12000N/mm，2k =6500N/mm，n1 =2500Hz，n2 =600Hz，1 =0.015，2 =0.023，ck =2600N/m2)，通过稳定性叶瓣图的绘制流程图进行数值模拟，得到外圆车削工件时机床的振动频率在刀具的固有频率附近上下波动时，该外圆车削系统的稳定性叶瓣图，如图 2.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC18钛合金车削加工的切削力和表面粗糙度[J]. 王永鑫,张昌明. 机械工程材料. 2019(07)
[2]航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究[J]. 殷继花,林有希,孟鑫鑫,左俊彦. 表面技术. 2019(05)
[3]AISI 304不锈钢高速铣孔测温实验研究[J]. 尹凝霞,李广慧,谭光宇,温丽宏. 机械科学与技术. 2019(11)
[4]PCD刀具高速车削高强铝合金切削力仿真[J]. 姚炀,沈春根,马殿文. 工具技术. 2019(02)
[5]高速铣削钛合金TC4切削力试验研究及切削参数优化[J]. 李体仁,胡晓强. 机床与液压. 2019(01)
[6]硬质合金微坑车刀切削304不锈钢时的表面粗糙度研究[J]. 袁森,何林,占刚,蒋宏婉,邹中妃. 机械工程学报. 2018(15)
[7]基于动态切削过程仿真的外圆车削稳定性判定[J]. 仇健. 机械工程学报. 2019(03)
[8]高速切削机床关键技术研究与分析[J]. 郭琳娜,郑天池,曹冠,邱自学. 机械设计与制造. 2018(02)
[9]基于Deform-3D的铝合金7075车削力模型的研究[J]. 张蓉蓉,赵先锋,李长虹,李荣隆. 组合机床与自动化加工技术. 2016(06)
[10]基于正交试验的高速切削钛合金切削力研究[J]. 汪耀龙,胡亚辉,孙建波,王天强. 工具技术. 2016(02)
博士论文
[1]车削加工系统稳定性极限预测的研究[D]. 王晓军.吉林大学 2005
[2]硬质合金涂层刀具（CN35）高速车削淬硬钢的研究[D]. 徐进.华南理工大学 2004
硕士论文
[1]基于钛合金数控车削有限元分析及参数优化[D]. 杨成云.太原理工大学 2017
[2]车削颤振机理与稳定性问题研究[D]. 李小勇.兰州理工大学 2017
[3]基于正交试验的45钢车削表面粗糙度的研究[D]. 魏铁军.苏州大学 2016
[4]车削颤振稳定性预测软件研究[D]. 刘亚超.东北大学 2015
[5]高速切削加工表面粗糙度的研究[D]. 邹浩波.昆明理工大学 2006
本文编号：2939894
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高速切削速度-温度曲线
切削稳定域下高速车削45#钢的切削力与表面粗糙度研究8第2章外圆高速车削稳定性分析2.1引言高速切削加工过程产生的切削颤振是制约高速切削加工效率和加工精度极其重要的因素，当金属工件在高速机床上加工时，切削颤振现象会导致切削加工过程复杂多变，从而使得机床加工工件的表面精度降低，也会加剧刀具的磨损。通过对切削稳定性进行分析，绘制稳定性叶瓣图得到极限切削宽度值，实际现场操作人员在批量生产加工之前，可以通过叶瓣图的稳定区域选择合理的切削参数，这样不但可以避免高速切削加工过程中切削颤振对工件表面产生的不利影响，而且可以充分发挥机床和刀具的性能，提高加工效率并增加企业经济效益。为了验证稳定性叶瓣图所预测出的稳定区域，对稳定区域的切削参数进行时域仿真分析。2.2外圆车削颤振模型在对外圆车削颤振分析过程中，往往将工件考虑为刚性体，并且认为切削厚度只受刀具动态参数的影响。但实际切削加工过程中主轴转速往往低于工件的固有频率，因此，本小节视第一阶振型为有意义参数，并且将工件也考虑为一个单自由度的弹簧-质量-阻尼系统，并建立工件-刀具两自由度外圆车削颤振系统动力学模型，如图2.1所示，其运动学方程为工件和刀具随时间变化的耦合式[43]，如式(2.1)：图2.1外圆车削颤振动力学模型111111222222coscosmxtcxtkxtFtmxtcxtkxtFt(2.1)
解。由主轴转速表达式(2.18)和极限切削宽度表达式(2.22)分析可知，如果能够测出机床系统动力学参数(1k ，2k ，1 ，2 ，n1 ，n2 )以及外圆切削工件时的动力学参数fk ，可以通过编写程序来绘制出切削稳定性区域图，通过该图可以在稳定区域根据所需主轴转速来选择切削宽度，稳定性叶瓣图绘制过程如图 2.2 所示。 2.4.2 外圆高速车削稳定域分析 根据文献[43，44]中试验结果得到的相关参数(1k =12000N/mm，2k =6500N/mm，n1 =2500Hz，n2 =600Hz，1 =0.015，2 =0.023，ck =2600N/m2)，通过稳定性叶瓣图的绘制流程图进行数值模拟，得到外圆车削工件时机床的振动频率在刀具的固有频率附近上下波动时，该外圆车削系统的稳定性叶瓣图，如图 2.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]TC18钛合金车削加工的切削力和表面粗糙度[J]. 王永鑫,张昌明. 机械工程材料. 2019(07)
[2]航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究[J]. 殷继花,林有希,孟鑫鑫,左俊彦. 表面技术. 2019(05)
[3]AISI 304不锈钢高速铣孔测温实验研究[J]. 尹凝霞,李广慧,谭光宇,温丽宏. 机械科学与技术. 2019(11)
[4]PCD刀具高速车削高强铝合金切削力仿真[J]. 姚炀,沈春根,马殿文. 工具技术. 2019(02)
[5]高速铣削钛合金TC4切削力试验研究及切削参数优化[J]. 李体仁,胡晓强. 机床与液压. 2019(01)
[6]硬质合金微坑车刀切削304不锈钢时的表面粗糙度研究[J]. 袁森,何林,占刚,蒋宏婉,邹中妃. 机械工程学报. 2018(15)
[7]基于动态切削过程仿真的外圆车削稳定性判定[J]. 仇健. 机械工程学报. 2019(03)
[8]高速切削机床关键技术研究与分析[J]. 郭琳娜,郑天池,曹冠,邱自学. 机械设计与制造. 2018(02)
[9]基于Deform-3D的铝合金7075车削力模型的研究[J]. 张蓉蓉,赵先锋,李长虹,李荣隆. 组合机床与自动化加工技术. 2016(06)
[10]基于正交试验的高速切削钛合金切削力研究[J]. 汪耀龙,胡亚辉,孙建波,王天强. 工具技术. 2016(02)
博士论文
[1]车削加工系统稳定性极限预测的研究[D]. 王晓军.吉林大学 2005
[2]硬质合金涂层刀具（CN35）高速车削淬硬钢的研究[D]. 徐进.华南理工大学 2004
硕士论文
[1]基于钛合金数控车削有限元分析及参数优化[D]. 杨成云.太原理工大学 2017
[2]车削颤振机理与稳定性问题研究[D]. 李小勇.兰州理工大学 2017
[3]基于正交试验的45钢车削表面粗糙度的研究[D]. 魏铁军.苏州大学 2016
[4]车削颤振稳定性预测软件研究[D]. 刘亚超.东北大学 2015
[5]高速切削加工表面粗糙度的研究[D]. 邹浩波.昆明理工大学 2006
本文编号：2939894
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