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螺纹联接是一类常见的联接方式,其良好的联接和可拆卸特性,使其在机械装备中广泛应用。随着电子技术和控制技术的飞速发展,螺纹铣削加工方法得到迅速推广。螺纹铣削力大小直接关系到刀具寿命、螺纹加工质量和加工效率。目前针对螺纹铣削力建模的研究仍存在不足之处:一是现有基于简化切削厚度的螺纹铣削力预测模型,没有考虑瞬时切削厚度的影响,预测误差较大;二是已建立的瞬时切削厚度模型较为复杂,求解困难,不便于工程应用。因此,如何建立更准确、易于求解的瞬时切削厚度的计算模型,以完善螺纹铣削力模型及其计算效率和预测精度是实现螺纹铣削力模型工程应用而亟待解决的关键问题。为此,本文针对圆柱螺纹铣削力预测模型,利用金属切削理论、UG建模软件、Matlab数值计算仿真软件、AdvantEdge有限元切削仿真软件、多轴数控加工中心等手段,通过分析螺纹铣削加工原理,简化螺纹铣削加工过程,以建立切削刃生成面方程和瞬时切削厚度的计算模型,并据此获得圆柱螺纹铣削力简化预测模型,具体研究工作内容如下:(1)切削刃生成面方程和瞬时切削厚度计算模型的建立。依据螺纹铣削加工的特点,适度合理简化螺纹铣削加工过程,考虑铣削加工过程为刀具自转以及刀具进给的复合运动过程,首先建立简化加工过程中的切削刃生成面方程,然后基于生成面方程建立瞬时切削厚度的计算模型。(2)螺纹铣削力简化预测模型的建立。将各刀齿切削刃离散为若干微元切削刃,并把各微元切削刃的切削过程等效为斜角切削过程,并基于直角和斜角切削理论的瞬时刚性力学模型,结合(1)所建立的切削厚度模型计算微元切削刃的微元切削力,再对微元切削力进行轴向积分,得到单层刀齿铣削力简化计算模型,根据相邻层刀齿间切削过程的时域关系,叠加计算建立多层数刀齿的螺纹铣削力简化预测模型。(3)基于螺纹铣削仿真的刀具及切削参数优化。按照螺纹铣刀参数建立铣刀UG实体精确模型,探究工件和刀具的AdvantEdge网格单元尺寸对螺纹铣削仿真结果的影响,通过仿真结果对比选择合适的网格单元设置;进而开展3因素3水平正交切削仿真实验和单因素仿真实验,以期对螺纹铣削刀具与切削参数予以优化。(4)圆柱螺纹铣削力简化预测模型的验证。通过AdvantEdge螺纹铣削仿真实验和螺纹铣削力实验,以验证铣削力简化预测模型的有效性。综上,本文所建立的螺纹铣削力简化预测模型简便实用、预测精度高、计算稳定可靠,将为探求切削参数和刀具参数对圆柱螺纹铣削加工性能的影响奠定重要理论基础。