双刃可转位球头立铣刀结构设计与铣削性能研究

发布时间：2017-08-14 07:02

  本文关键词：双刃可转位球头立铣刀结构设计与铣削性能研究

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【摘要】：随着现代制造业的不断发展和复杂曲面零件地广泛应用,对加工技术和切削刀具的要求越来越高。球头铣刀是加工模具型腔等复杂曲面的高效刀具,研究其结构模型与切削性能,对有效地指导球头立铣刀的结构设计与参数优化,提高刀具寿命和切削效率,具有重要的现实意义。本文以生产实际中应用广泛的双刃可转位球头立铣刀为研究对象,通过建立数学模型,并进行切削加工仿真,设计出一款新型双刃可转位球头立铣刀,并对其进行了结构参数优选。首先,在分析可转位球头立铣刀的结构特点、研究现状和发展趋势的基础上,对其刃口曲线形式进行综合考虑;应用广义螺旋运动理论,建立双刃可转位球头立铣刀刃口曲线数学模型;利用Matlab编程,对铣刀刃口的正交螺旋线和圆弧线进行求解,获得数据点坐标,绘制三维曲线,最终拟合得到光滑的刃口曲线;根据刀具几何角度的定义,建立铣刀的主偏角(κr)、刃倾角(λs)、主前角(γo)和法后角(αn)等四个主角度的解析公式。其次,基于双刃可转位球头立铣刀的数学模型,应用三维软件Pro/E对直径为Φ25mm的双刃球头立铣刀进行结构设计与参数化实体建模,完成装配模型并分析其结构特性和V形槽定位误差;运用切削刃微元法,建立该球头立铣刀力学模型,为后续加工过程有限元分析及参数优选提供理论依据;采用正交试验设计法,以铣削用量四要素和刀具螺旋角β、主前角γo和第一法后角αn为试验因素,设计了双刃可转位球头立铣刀的有限元仿真试验方案。利用金属切削有限元软件AdvantEdge对双刃可转位球头立铣刀铣削45#钢进行仿真分析,并采用综合平衡法对铣削用量试验的铣削力数据进行分析,得到铣削用量的最优组合。根据仿真试验结果建立了铣削力、铣削温度经验公式,通过对回归正交试验数据的统计分析,实现了刀具几何角度的优选。最后,与球头立铣刀切削力理论计算公式以及整体式球头立铣刀的切削力和切削温度进行对比,验证了本文所设计的可转位球头立铣刀结构的可靠性和方法的可行性。本文采用有限元仿真试验设计方法,研究双刃可转位球头立铣刀的结构与铣削性能,大大减少了刀具开发的周期和成本,同时也为其它类似刀具的研究提供参考。
【关键词】：可转位球头立铣刀 结构设计 数学模型 加工仿真 AdvantEdge 参数优化
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54;TG714
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 球头立铣刀的研究现状和发展趋势10-14
• 1.1.1 球头立铣刀国内外研究现状10-12
• 1.1.2 球头立铣刀的发展趋势12-14
• 1.2 可转位球头立铣刀概述14-16
• 1.2.1 球头立铣刀的分类及国家标准14-15
• 1.2.2 可转位球头立铣刀的结构特点15-16
• 1.3 课题来源及课题研究的目的和意义16-17
• 1.3.1 研究课题来源16
• 1.3.2 课题研究的目的和意义16-17
• 1.4 课题研究的主要内容及技术路线17
• 1.4.1 课题研究的主要内容17
• 1.4.2 课题研究的技术路线17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 双刃可转位球头立铣刀数学模型的建立18-28
• 2.1 刃口曲线的数学模型18-22
• 2.1.1 刃口曲线的建模基础18
• 2.1.2 回转刀具螺旋运动刃口曲线的定义18-19
• 2.1.3 双刃可转位球头立铣刀刀刃曲线数学模型19-22
• 2.2 刀具主要几何角度求解22-25
• 2.2.1 球头立铣刀主要几何角度的定义22-23
• 2.2.2 双刃可转位球头立铣刀的主要几何角度23-25
• 2.3 铣刀刃口曲线计算实例25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 双刃可转位球头立铣刀参数化实体建模28-40
• 3.1 刀片结构设计与模型建立28-32
• 3.1.1 刀刃曲线的建立28-30
• 3.1.2 刀片三维模型设计30-32
• 3.2 刀杆结构设计与定位误差分析32-37
• 3.2.1 刀杆模型建立32-35
• 3.2.2 V形槽定位误差分析35-37
• 3.3 双刃可转位球头立铣刀装配模型及分析37-39
• 3.3.1 铣刀模型装配设计37-38
• 3.3.2 装配模型结构特性分析38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 力学模型建立与加工仿真方案设计40-51
• 4.1 双刃可转位球头立铣刀的力学模型40-43
• 4.1.1 球头立铣刀微元铣削力及切削层参数40-42
• 4.1.2 铣削力的数学模型42-43
• 4.1.3 平均铣削力计算实例43
• 4.2 刀具角度与铣削用量的选取43-45
• 4.2.1 铣刀主要几何角度的选择43-44
• 4.2.2 铣削用量四要素的确定44-45
• 4.3 回归正交试验方案设计45-50
• 4.3.1 回归正交试验设计简介45-46
• 4.3.2 铣削用量正交试验方案设计46-48
• 4.3.3 刀具角度回归正交试验方案设计48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 5 基于有限元的双刃可转位球头立铣刀铣削分析51-71
• 5.1 Advantedge FEM有限元分析基础51
• 5.2 铣削用量仿真试验分析51-59
• 5.2.1 铣削仿真模型建立及参数设置51-55
• 5.2.2 仿真结果分析及铣削用量选取55-59
• 5.3 刀具角度仿真试验分析及参数优选59-66
• 5.3.1 数值仿真分析结果59-62
• 5.3.2 正交回归分析及参数优选62-66
• 5.4 整体式球头立铣刀铣削对比分析66-70
• 5.4.1 仿真模型建立及参数设置66-68
• 5.4.2 铣削性能对比分析68-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 结论与展望71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果76-77
• 致谢77-78

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本文编号：671331