镗削加工刀具磨损与切削功率有限元仿真研究

来源 :烟台大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:BBQChris
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近年来,制造业作为国民经济的主体,已经取得了长足进步,用于生产制造的数控加工技术也不断更新换代,逐渐向智能化、精密化、节能化方向发展,以满足现代化生产要求。在各种产品生产制造过程中,镗削加工作为孔加工的关键环节被广泛应用。镗削时,工件被夹具固定在工作台上,通过工作台控制移动,镗刀刀片装夹在刀杆上,由机床主轴带动旋转,刀具和工件发生持续接触摩擦,导致接触区域温度升高,长时间处于高温环境中的刀具和工件接触表面材料发生变形、脱落,从而造成刀具磨损。刀具磨损后,摩擦面积增大,切削刃变钝,刀具表面负荷增大,从而导致切削功率发生改变。研究刀具磨损规律和切削功率的变化情况,对于延长刀具寿命,提高生产效率和产品质量,促进数控机床现代化发展具有重要意义。为了研究镗削加工过程中刀具磨损对切削功率的影响规律,本文首先进行了半精镗柴油发动机缸体的挺杆孔实验,提取了刀具后刀面磨损量和主轴功率信号。研究表明刀具磨损前期,机床主轴功率随着刀具磨损量的不断增大缓慢升高,但当刀具的VB值达到0.36mm后,随着刀具磨损继续加剧,机床主轴功率迅速上升。根据实验所得刀具磨损量以接触面积等效的方式建立磨损刀具有限元仿真模型,通过改变切削刃钝圆半径模拟实际加工过程中刀具磨损量的变化,结果表明切削刃钝圆半径越大,切削功率越大,且仿真功率值与实验功率值变化趋势较为一致,因此改变切削刃钝圆半径能在一定程度上表征刀具磨损程度,为下文研究刀具磨损和切削功率奠定基础。通过切削加工有限元仿真分析利用单因素法分别探究了切削速度、背吃刀量和进给量的改变对切削功率变化趋势的影响规律,研究发现当其他切削条件不变,只增大某一切削用量时,切削功率也会随之升高。然后本文进行了正交切削仿真实验,仿真结果显示进给量对切削功率的影响最大,切削速度的影响最小。最后本文考虑了不同的切削条件,针对刀具磨损对切削功率变化趋势的影响开展研究,结果表明在任何切削条件下,刀具磨损加剧都会导致切削功率增大;且提出了使得切削功率增长速度最慢的切削用量最佳设置方案,为优化生产工艺、延长刀具使用寿命提供了理论依据。
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