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淬硬钢模具铣削加工试验研究及仿真分析

作　者: 赵兴法
导　师: 刘献礼
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 模具加工 淬硬钢 球头铣刀 解析建模 铣削仿真系统
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着现代化工业的快速发展,模具制造业对产品质量和加工效率要求越来越高,迫切需要具有实际应用价值的动力学仿真理论和应用技术。在模具制造中,淬硬钢因其延伸率小、塑性低、易于形成高光洁加工表面的特性而得到广泛应用,而球头铣刀铣削工艺作为曲面加工的主导方法,在大型淬硬钢模具加工和大面积复杂曲面的加工中占有主导地位。所以,对球头铣刀铣削淬硬钢存在的问题、难点进行针对性研究,对提高淬硬钢材料的加工效率和精度,淬硬钢材料制品的应用范围有重要的意义。因此,本文结合模具生产实际现状主要进行以下研究:根据淬硬钢铣削加工特点,设计了基于参数优化以及基于刀具切削稳定性分析的试验,分析了铣削加工中各参数(转速、每齿进给量、行距、加工倾角)与刀具振动的关系,并结合分析铣削参数和加工工件表面质量的关系,综合讨论了铣削加工中工艺参数对铣削稳定性的影响。同时,在研究硬态铣削工艺中球头铣刀振动特性的基础上,建立了球头铣刀几何模型和有限元模型,对球头铣刀进行了模态分析和振型研究。球头铣刀力学特性的研究对分析模具铣削加工特性有很大帮助,本文通过不同铣削路径试验研究不同铣削路径优劣性,并结合对刀具径向跳动和变形的分析,建立了球头铣刀铣削力模型,并对模型进行仿真验证。在淬硬钢铣削特性试验研究和力学特性研究的基础上,研究淬硬钢铣削加工存在的各种振动类型,结合相关理论研究,对受迫振动和自激振动结合分析,并通过分析系统共振区与稳定域曲线在稳定性极限图的位置关系来研究淬硬钢铣削加工稳定性。最后,本文以数控铣削加工过程动力学仿真的实际应用与研究为目标,在动力学仿真分析与研究的前提下,针对球头铣削过程所涉及的主要物理量(铣削力系数,铣削力,颤振稳定域)的仿真计算建立了球头铣削过程动力学仿真系统。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 论文选题的目的和意义  11-12
  1.2 淬硬钢模具加工现状  12
  1.3 铣削建模研究状况  12-16
    1.3.1 铣削力系数模型的研究  12-13
    1.3.2 基于微元法铣削力模型的研究  13
    1.3.3 切削稳定性及颤振模型的研究  13-16
  1.4 本课题的来源及主要研究内容  16-17
第2章 淬硬钢铣削稳定性研究  17-28
  2.1 铣削稳定性试验研究  17-23
    2.1.1 试验目的和研究方法  17-18
    2.1.2 基于正交试验的切削参数研究  18-23
    2.1.3 基于悬伸量试验刀具特性研究  23
  2.2 球头铣刀模态分析  23-27
    2.2.1 模态分析概述  23-24
    2.2.2 球头铣刀ProE 模型的建立  24
    2.2.3 球头铣刀有限元模型建立及边界条件的添加  24-25
    2.2.4 球头铣刀模态结果分析  25-26
    2.2.5 悬伸量对球头铣刀振型的影响  26-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章 基于路径优化试验的铣削力建模  28-40
  3.1 铣削加工走刀路径试验分析  28-29
  3.2 球头铣刀几何模型的微元分析  29-32
    3.2.1 球头铣刀刃线模型  29-30
    3.2.2 球头铣刀切削厚度微元模型  30-31
    3.2.3 离散刀刃长度模型  31-32
  3.3 球头铣刀径向跳动和变形分析  32-35
    3.3.1 球头铣刀径向跳动分析  32-33
    3.3.2 球头铣刀受力变形分析  33-35
  3.4 球头铣刀铣削力建模  35-36
    3.4.1 铣削力收敛算法  35
    3.4.2 切削力模型  35-36
  3.5 铣削力系数模型  36-37
    3.5.1 切削力模型系数分析  36
    3.5.2 切削力系数辨别  36-37
  3.6 铣削力仿真与试验验证  37-38
  3.7 本章小结  38-40
第4章 球头铣刀铣削加工稳定性研究  40-52
  4.1 切削颤振特点  40
  4.2 切削颤振机理  40-41
    4.2.1 相平面  40-41
    4.2.2 平衡点、极限环及其稳定性  41
  4.3 铣削过程中的振动理论分析  41-43
  4.4 铣削系统稳定性判定  43-45
    4.4.1 切削稳定性极限图法  43
    4.4.2 强迫振动引起的共振区分析  43-44
    4.4.3 基于共振区的稳定性判定  44-45
  4.5 基于颤振域预测的稳定域试验  45-50
    4.5.1 铣削刀具系统模态试验  45-47
    4.5.2 基于稳定域预测的变切深试验  47-50
  4.6 本章小结  50-52
第5章 铣削仿真系统的设计  52-57
  5.1 仿真系统开发工具介绍  52
  5.2 仿真系统平台  52
  5.3 仿真系统的设计与分析  52-54
  5.4 仿真系统介绍  54-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-62
攻读硕士学位期间发表的学术论文  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床
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