【摘 要】
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高速切削加工技术是近20多年来迅速崛起的先进制造技术之一,以高效率和高精度为基本特征。高速切削相对常规切削有许多特点,如可大幅度提高加工效率、可有效提高加工精度、可减
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高速切削加工技术是近20多年来迅速崛起的先进制造技术之一,以高效率和高精度为基本特征。高速切削相对常规切削有许多特点,如可大幅度提高加工效率、可有效提高加工精度、可减小切削中的振动等。由于高速切削加工具有的优越性,世界各国尤其是发达国家十分重视。 高速切削条件下的力和温度成为各国重点研究的对象。端铣是一种基本的切削加工方式,本课题重点研究端铣时的切削力和切削温度。 在实际切削过程中,正交切削几乎不存在,但是很多问题可简化为正交切削来处理。在正交切削的模型中,剪切面发生变形所需的力由刀具的前刀面通过切屑传到剪切面,其主要的力有剪切力sF,工件材料经过剪切面,沿剪切面滑移,造成动量的改变需要加一个作用力。在切削速度低于1500/时,和F m v m min F相比,很小,可视为零。作用力与切削速度方向v s F m F m的平方成比例增大,高速切削时(≥1500/v m min),增长很大,不可忽略, F m这时通过对加工时切屑受力的分析,得到的切削力数学公式适用于高速切削的情况。在端铣刀单个刀齿中建立局部坐标系,结合高速切削时的切削力数学公式可得到端铣刀单个刀齿在局部坐标系中产生的三个方向的切削力。在端铣刀中建立总体坐标系,可得到单个刀齿在总体坐标系中产生的三个方向的切削力。将端铣刀参与切削的单个刀齿产生的切削力加起来,就得到端铣瞬时多齿切削的合力。 由于热源法可得出最简单形式的解答,计算结果和实际结果比较接近,本文采用热源法建立端铣温度场数学模型。本文将剪切面和摩擦面视为热源,由有限长线热源组成。利用热源法对剪切热源和刀/屑摩擦热源产生的温度场进行理论计算,得出剪切热源产生的工件和切屑的温度场分布方程和刀/屑摩擦热源产生的刀具和切屑的温度场分布方程;并得出了二者共同作用下刀具和切屑的温度场分布方程,进而将此方程引入到端铣中得到端铣切削温度场模型。 在金属切削过程中,刀具往往被视为刚性体,只进行弹性分析,而工件被视为塑性体,要进行弹塑性分析。建模时刀具和工件均采用四边形单元。采用有限元软件ANSYS对金属切削过程进行了仿真,对应力、应变及前刀面摩擦状况等仿真结果进行了分析并将仿真结果与金属切削中的规律进行比较。证明仿真结果符合金属切削中某些规律,具有可信性。
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