本文關(guān)鍵詞：工藝系統(tǒng)振動對高速切削刀具破損的影響機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 高速切削 振動 模態(tài)分析 刀具應(yīng)力場 破損

【摘要】：在機(jī)械加工過程中,往往會伴隨著振動的發(fā)生,嚴(yán)重制約切削效率和零件的加工精度,縮減機(jī)床的使用壽命,造成刀具破損等一系列后果。同時(shí),加工過程產(chǎn)生的振動會使切削力的大小和方向發(fā)生突然改變,從而引起刀具應(yīng)力場改變,以及使刀具應(yīng)力場反復(fù)變化。因此研究工藝系統(tǒng)振動對刀具影響的機(jī)理具有重要的科研價(jià)值,并為抗破損銑刀的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。首先,對硬質(zhì)合金整體立銑刀建立三維幾何模型,對其進(jìn)行工況下的有限元模態(tài)分析,得出其固有頻率以及其振型;同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析,通過錘擊法測出工況下其固有頻率;將兩者進(jìn)行分析比較,其結(jié)果相吻合。其次,設(shè)計(jì)了測量工藝系統(tǒng)振動的正交實(shí)驗(yàn)方案,對刀具的振動信號以及切削力信號進(jìn)行同步采集。在采集過程中刀具的X,Y軸的信號利用電渦流位移傳感器進(jìn)行采集;Z軸采用壓電式加速度傳感器在主軸上進(jìn)行采集。然后,對Z軸信號采用頻域積分,使X、Y、Z三個軸采集到數(shù)據(jù)都為位移量。對采集信號頻譜分析,與刀具工況下的固有頻率分析對比,確認(rèn)此過程沒有共振發(fā)生,在后續(xù)分析中可以忽略共振對刀具的影響。同時(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用極差分析法,得到各切削參數(shù)對刀具振動的影響規(guī)律。并且設(shè)計(jì)切削方式的單因素實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,逆銑方式的切削振動要高于順銑。再次,為了探究振動對刀具應(yīng)力場的影響機(jī)理,首先進(jìn)行了只加載切削力的靜力學(xué)分析,獲得了切削力作用下的立銑刀應(yīng)力場;然后由于受到有限元軟件系統(tǒng)無法同時(shí)加載位移載荷和力載荷的限制,因此在進(jìn)行靜力學(xué)分析時(shí)只將振動位移信號加載到受力面上進(jìn)行分析,通過后處理得到其反作用力,再將得到反作用力與切削力進(jìn)行疊加,加載分析,得到在此振動情況下刀具應(yīng)力場的分布,與單獨(dú)加載切削力產(chǎn)生應(yīng)力場會有一定的變化。為了便于對比分析,將振動數(shù)據(jù)取反再進(jìn)行一次上述靜力學(xué)分析,得到三組分析結(jié)果進(jìn)行分析對比。同時(shí)采用上述過程進(jìn)行了三個載荷步的瞬態(tài)動力學(xué)分析。綜合對比上述兩類分析的結(jié)果可知振動會使刀具應(yīng)力場發(fā)生瞬時(shí)轉(zhuǎn)變,刀具應(yīng)力場在不斷惡化,同時(shí)受交變應(yīng)力作用,最終導(dǎo)致刀具破損。最后,通過上述有限元分析已知力方向的不同對刀具應(yīng)力場的改變具有一定影響,對刀具進(jìn)行數(shù)學(xué)建模求出了任意一點(diǎn)切削刃前刀面的垂線的單位向量,利用該模型進(jìn)行多組有限元分析,得到不同垂線的方向下的刀具應(yīng)力場,對結(jié)果進(jìn)行分析比較,可知振動使切削力翻轉(zhuǎn)得到的方向與刀尖處前刀面垂線一致時(shí)刀具應(yīng)力場最惡劣的情況。最終通過上述分析研究揭示工藝系統(tǒng)振動對刀具破損的影響機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：高速切削 振動 模態(tài)分析 刀具應(yīng)力場 破損
【學(xué)位授予單位】：廣東海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG714
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 課題研究意義和目的9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.1 金屬切削過程中振動研究9-10
• 1.2.2 銑削加工振動和切削力測量實(shí)驗(yàn)研究10
• 1.2.3 金屬加工的應(yīng)力分析10-11
• 1.2.4 刀具破損機(jī)理研究11
• 1.3 課題來源和主要研究內(nèi)容11-13
• 1.3.1 課題來源11-12
• 1.3.2 課題主要研究內(nèi)容12-13
• 2 高速切削立銑刀工況下有限元模態(tài)分析及現(xiàn)場測試13-24
• 2.1 概述13
• 2.2 工況下立銑刀的模態(tài)仿真13-18
• 2.2.1 立銑刀三維實(shí)體建模13-14
• 2.2.2 立銑刀的有限元模態(tài)仿真14-18
• 2.3 工況下立銑刀的模態(tài)實(shí)驗(yàn)18-23
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的目的和意義18
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)原理18-19
• 2.3.3 測量分析系統(tǒng)19-20
• 2.3.4 工況情況下的模態(tài)實(shí)驗(yàn)20-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 3 高速切削立銑刀的切削力和振動信號的采集與處理24-34
• 3.1 概述24
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)24-27
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容24
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、方法及參數(shù)設(shè)定24-27
• 3.3 切削參數(shù)對銑削振動的影響27-29
• 3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析處理29-33
• 3.4.1 MATLAB介紹29
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理29-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 4 高速切削過程中振動對刀具應(yīng)力場的作用機(jī)理34-45
• 4.1 概述34
• 4.2 振動對刀具應(yīng)力場影響的靜力學(xué)分析34-40
• 4.2.1 靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)理論34-35
• 4.2.2 靜力學(xué)有限元分析35-40
• 4.3 銑削振動對刀具的應(yīng)力場的影響的瞬態(tài)動力學(xué)分析40-44
• 4.3.1 瞬態(tài)動力學(xué)分析40
• 4.3.2 瞬態(tài)動力學(xué)有限元分析40-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 5 工藝系統(tǒng)振動對刀具破損作用機(jī)理研究45-53
• 5.1 概述45
• 5.2 建立振動下刀具應(yīng)力場最惡劣時(shí)合力的方向45-50
• 5.3 振動對刀具破損影響機(jī)理50-51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 6 結(jié)論與展望53-55
• 6.1 結(jié)論53-54
• 6.1.1 主要工作內(nèi)容53-54
• 6.1.2 主要創(chuàng)新點(diǎn)54
• 6.2 存在的問題及展望54-55
• 參考文獻(xiàn)55-59
• 附錄59-62
• 致謝62-63
• 作者簡介63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 導(dǎo)師簡介65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：578798