本文關(guān)鍵詞：螺旋錐齒輪銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其銑削加工過(guò)程的仿真分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：螺旋錐齒輪是機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)元件,被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械和一些對(duì)穩(wěn)定性要求較高的低速傳動(dòng)中。目前國(guó)內(nèi)外切削加工格里森齒制螺旋錐齒輪所采用的刀具是格里森銑刀盤(pán)。但是,格里森銑刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且造價(jià)高,銑刀盤(pán)的安裝和調(diào)整也較為繁瑣,刀齒磨損后需要專(zhuān)門(mén)的刃磨機(jī)對(duì)其進(jìn)行刃磨。斜直齒螺旋錐齒輪由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜和獨(dú)特,在工業(yè)上應(yīng)用不廣泛。常用切齒刀具是盤(pán)狀齒輪成形銑刀或刨刀,刨刀由于體積小,加之切削熱和沖擊力的作用,刀齒失效快。本文依據(jù)產(chǎn)形線切齒理論設(shè)計(jì)的斜直齒螺旋錐齒輪銑刀的制造、安裝、調(diào)整及刀齒的刃磨簡(jiǎn)單,且銑刀的成本大大降低。由于銑削加工具有多刃斷續(xù)切削和變厚度加工的特點(diǎn),銑刀齒的受力情況復(fù)雜,本文采用理論建模和軟件分析相結(jié)合的方法對(duì)齒輪毛坯的銑削加工過(guò)程進(jìn)行仿真。目前國(guó)內(nèi)利用相關(guān)有限元仿真軟件進(jìn)行三維的切削加工物理仿真,尤其是在工件和刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜的狀態(tài)下對(duì)切削力、切削熱和刀具磨損等情況進(jìn)行分析的文獻(xiàn)并不多見(jiàn)。利用有限元軟件對(duì)螺旋錐齒輪切削加工過(guò)程中相關(guān)物理參數(shù)進(jìn)行仿真分析的文獻(xiàn)則幾乎沒(méi)有。 本文以產(chǎn)形線切齒法理論為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)符合要求的斜直齒螺旋錐齒輪銑刀并對(duì)所設(shè)計(jì)的銑刀進(jìn)行幾何仿真和物理仿真分析。通過(guò)軟件的模擬能夠及早發(fā)現(xiàn)銑削加工過(guò)程中存在的問(wèn)題并且對(duì)加工過(guò)程中的主要物理參數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào),對(duì)銑刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工參數(shù)的選擇有著重要的作用,可以達(dá)到發(fā)揮銑刀的最佳切削性能的目的,是研發(fā)新型銑刀及其在銑削過(guò)程中金屬塑性變形理論的一種行之有效的方法。對(duì)實(shí)際加工過(guò)程有著理論指導(dǎo)和驗(yàn)證意義。本文所做的研究工作如下： (1)以產(chǎn)形線切齒法理論為基礎(chǔ),結(jié)合金屬切削原理及刀具設(shè)計(jì)理論,通過(guò)計(jì)算確定銑刀的外徑和刀齒切削刃的主要幾何尺寸。由于受到能夠切削出完整齒面的產(chǎn)形線尺寸和齒輪小端齒槽尺寸的限制,銑刀直徑較大而厚度較小。為了增加刀齒結(jié)構(gòu)的剛度,將銑刀齒的前刀面設(shè)計(jì)成上窄下寬的梯形結(jié)構(gòu)�？紤]到銑刀的制造、裝夾和刀齒刃磨等問(wèn)題,采用機(jī)械夾固式的鑲齒結(jié)構(gòu)。建立銑刀的三維實(shí)體模型。將模型在AutoCAD中轉(zhuǎn)換成二維工程圖紙,繪制銑刀的裝配圖和各組成部件的零件圖,用于銑刀的加工制造。 (2)合理選擇銑削用量并初步計(jì)算銑削力。利用大型通用有限元軟件ANSYS建立刀齒的有限元模型并施加邊界條件。將計(jì)算得到的銑削力作為載荷施加到刀齒上,對(duì)刀齒強(qiáng)度進(jìn)行靜力學(xué)分析,得出刀齒的應(yīng)力分布圖和位移等值線圖,從而可以掌握刀齒的強(qiáng)度敏感部位。 (3)在數(shù)控加工仿真軟件VERICUT中建立機(jī)床、刀具系統(tǒng)、毛坯和夾具系統(tǒng)的三維實(shí)體模型。選擇合適的控制系統(tǒng),將切齒運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算得出的數(shù)據(jù)點(diǎn)編寫(xiě)成G-Code并生成控制文件。對(duì)斜直齒螺旋錐齒輪左旋小輪和右旋大輪的齒面進(jìn)行虛擬的實(shí)時(shí)加工仿真,直觀的觀察切削運(yùn)動(dòng)過(guò)程并檢驗(yàn)加工過(guò)程中是否存在碰撞、過(guò)切、欠切等情況。達(dá)到驗(yàn)證切齒運(yùn)動(dòng)方程的正確性和合理選擇銑刀幾何參數(shù)的目的。 (4)銑削過(guò)程屬于多齒斷續(xù)切削和變厚度加工,加之銑刀和齒輪毛坯之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜。因此,本文針銑刀齒的受力情況進(jìn)行了深入的分析。利用大型商用有限元軟件DEFROM—3D作為計(jì)算平臺(tái),對(duì)切削仿真過(guò)程中的切屑分離準(zhǔn)則、刀—屑之間的接觸和摩擦關(guān)系、熱力耦合理論等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。設(shè)置相關(guān)參數(shù),建立了刀具和工件的熱力耦合有限元模型,按照實(shí)際加工中要求的刀具和工件的三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,在兩種不同的銑削寬度條件下對(duì)銑削加工進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究。得出了銑刀的應(yīng)力、應(yīng)變、銑削力、切削熱和刀具磨損等物理量,對(duì)上述物理量進(jìn)行深入的分析。將兩組仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì),從如何減小銑刀的塑性變形、疲勞破損和延長(zhǎng)刀具使用壽命的角度為銑削用量的選擇提供依據(jù)。在滿足刀齒強(qiáng)度和剛度的條件下達(dá)到發(fā)揮銑刀最佳切削性能的目的。
【關(guān)鍵詞】：銑刀 有限元 熱力耦合 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TG714
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外螺旋錐齒輪加工刀具研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外弧齒錐齒輪加工刀具研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外斜直齒錐齒輪加工刀具研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 計(jì)算機(jī)切削加工仿真技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 課題研究的目的和意義16-17
• 1.5 課題的主要內(nèi)容17-20
• 第2章 螺旋錐齒輪銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與刀齒強(qiáng)度有限元分析20-36
• 2.1 銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)—產(chǎn)形線切齒理論20
• 2.2 銑刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-28
• 2.2.1 斜直齒螺旋錐齒輪銑刀基本幾何參數(shù)的確定22-23
• 2.2.2 刀具材料的選擇23-24
• 2.2.3 銑刀齒數(shù)的確定24
• 2.2.4 銑刀切削刃角度的選擇24-25
• 2.2.5 銑刀三維實(shí)體圖25-28
• 2.3 銑削參數(shù)的選擇及刀齒強(qiáng)度有限元分析28-34
• 2.3.1 銑削用量的選擇28-29
• 2.3.2 銑刀銑削力的初步計(jì)算29-31
• 2.3.3 刀齒強(qiáng)度靜力學(xué)分析31-32
• 2.3.4 模型計(jì)算結(jié)果分析32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 數(shù)控機(jī)床切削加工幾何仿真36-51
• 3.1 數(shù)控加工仿真軟件VERICUT簡(jiǎn)介36-37
• 3.2 機(jī)床坐標(biāo)系的定義和仿真原理說(shuō)明37-39
• 3.2.1 機(jī)床坐標(biāo)系的定義37-38
• 3.2.2 仿真原理說(shuō)明38-39
• 3.3 切削加工斜直齒螺旋錐齒輪仿真關(guān)鍵技術(shù)39-47
• 3.3.1 斜直齒螺旋錐齒輪NC機(jī)床運(yùn)動(dòng)模型的建立39
• 3.3.2 機(jī)床控制系統(tǒng)的選擇與修改39-40
• 3.3.3 毛坯和刀具建模40-41
• 3.3.4 切削加工仿真所依據(jù)的運(yùn)動(dòng)方程和初始位置參數(shù)41-42
• 3.3.5 加工仿真初始位置參數(shù)的設(shè)置42-43
• 3.3.6 G-Code的編寫(xiě)43-47
• 3.4 仿真結(jié)果47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 第4章 銑削加工過(guò)程的有限元仿真及計(jì)算結(jié)果分析51-71
• 4.1 有限元模擬軟件DEFORM-3D簡(jiǎn)介51-52
• 4.1.1 DEFORM-3D軟件的理論基礎(chǔ)51
• 4.1.2 DEFORM-3D軟件中的迭代算法51-52
• 4.2 剛(粘)塑性有限元模擬的關(guān)鍵技術(shù)52-56
• 4.2.1 剛(粘)塑性力學(xué)的基本假設(shè)52
• 4.2.2 有限元仿真過(guò)程中常用的屈服準(zhǔn)則52-53
• 4.2.3 金屬切削本構(gòu)方程53-54
• 4.2.4 切屑與工件分離準(zhǔn)則的選擇54
• 4.2.5 熱力耦合理論54-55
• 4.2.6 刀具磨損模型55-56
• 4.3 銑削加工有限元模型的建立56-62
• 4.3.1 幾何模型的建立56-57
• 4.3.2 模型網(wǎng)格的劃分57-58
• 4.3.3 工件和刀具材料的選擇58-59
• 4.3.4 設(shè)置對(duì)象間接觸關(guān)系及刀屑摩擦模型的選擇59-60
• 4.3.5 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的添加60-61
• 4.3.6 熱邊界條件的設(shè)置61
• 4.3.7 切屑斷裂準(zhǔn)則61-62
• 4.4 銑削模型計(jì)算結(jié)果及分析62-70
• 4.4.1 切屑的形成62
• 4.4.2 銑削力計(jì)算結(jié)果及分析62-64
• 4.4.3 銑削加工應(yīng)力分析64-67
• 4.4.4 銑削加工應(yīng)變分析67
• 4.4.5 刀、屑接觸面溫度場(chǎng)分析67-69
• 4.4.6 銑刀刀齒前刀面磨損計(jì)算結(jié)果及分析69-70
• 4.5 本章小結(jié)70-71
• 第5章 結(jié)論和展望71-73
• 5.1 結(jié)論71-72
• 5.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 致謝76

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李國(guó)和;蔡玉俊;閻兵;;弧齒錐齒輪加工仿真技術(shù)的研究[J];機(jī)械傳動(dòng);2013年04期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李櫟楠;產(chǎn)形線切齒法加工準(zhǔn)雙曲面齒輪研究[D];吉林大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 楊yN旭;螺旋錐齒輪磨削砂輪設(shè)計(jì)及其磨削過(guò)程仿真[D];吉林大學(xué);2012年

2 翁志凱;球面漸開(kāi)線螺旋錐齒輪的干銑削技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 宋靖安;螺旋錐齒輪新型切齒法與切齒機(jī)床研究[D];吉林大學(xué);2012年

4 陳小芬;軌道車(chē)輛門(mén)系統(tǒng)雙頭絲杠傳動(dòng)工作性能與加工工藝的仿真研究[D];南京理工大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：螺旋錐齒輪銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其銑削加工過(guò)程的仿真分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：386180