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《沈阳工业大学》 2018年
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螺旋曲面切削力的分析

张红雪  
【摘要】:随着科学技术的不断发展,人们对高科技机械的需求量不断增加,螺杆钻具就是其中之一。螺杆钻具被广泛应用于海洋钻井平台、船舶工业、石油化工等重要领域,这些对螺杆的类型、加工质量也提出越来越高的要求。利用无瞬心包络法使用盘铣刀对螺旋曲面进行数控加工技术,是当前国际上较为先进的螺杆加工方法。但在螺杆加工过程中螺旋曲面各切削点受力情况一直没有进行精确的理论分析,人们一直根据工件的切削情况、刀具的大小人为调整切削速度,以缓解切削过程中刀具的受损。因此,对螺旋曲面切削力的分析具有重要的理论意义和生产实用性。本文以盘铣刀无瞬心包络法为基础,利用刀具与工件的空间啮合轨迹和盘铣刀廓形的数学模型,根据刀具和工件相对运动过程中的几何关系,针对盘铣刀的切削特点,对切削面积进行分析,推导出适合具有这种特定加工特点的瞬时切削力的数学公式。进一步在金属切削有限元仿真分析的基础上,仿真出螺旋曲面在切削过程中的应力云图,通过分析应力云图得到切削力变化规律和分布情况。本文还针对盘铣刀的两种不同刀尖类型,即圆刀和尖刀在切削过程中与工件之间切削力的相同点和不同点进行了比较分析,并对切削速度和切削深度对切削力的影响作出分析。以最大曲面切除率和最小工件表面粗糙度为优化目标函数,就切削速度和切削深度进行优化,为实际生产提供了一种理论方法。通过以上方法的分析,本文得出在用盘铣刀切削螺旋曲面的过程中切削力呈现前刀面大于后刀面,且刀尖处的切削力最大的分布特点,在切削时切削力先快速增加后趋于稳定的变化趋势。当其他条件相同时圆刀切削时的切削力大于尖刀的切削力,并且在切削进入稳态时使用圆刀的切削力更加稳定。该研究成果可以在螺杆加工前,对切削力进行预测,从而通过相应位置切削速度的改变,提高螺杆加工效率和精度,完善螺杆表面的光滑度。
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG547

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