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】：在機械加工過程中,往往會伴隨著振動的發(fā)生,嚴重制約切削效率和零件的加工精度,縮減機床的使用壽命,造成刀具破損等一系列后果。同時,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)力場反復變化。因此研究工藝系統(tǒng)振動對刀具影響的機理具有重要的科研價值,并為抗破損銑刀的設(shè)計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;同時進行了實驗?zāi)B(tài)分析,通過錘擊法測出工況下其固有頻率;將兩者進行分析比較,其結(jié)果相吻合。其次,設(shè)計了測量工藝系統(tǒng)振動的正交實驗方案,對刀具的振動信號以及切削力信號進行同步采集。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行采集;Z軸采用壓電式加速度傳感器在主軸上進行采集。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。同時對實驗結(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)計切削方式的單因素實驗,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)力場的影響機理,首先進行了只加載切削力的靜力學分析,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)無法同時加載位移載荷和力載荷的限制,因此在進行靜力學分析時只將振動位移信號加載到受力面上進行分析,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)取反再進行一次上述靜力學分析,得到三組分析結(jié)果進行分析對比。同時采用上述過程進行了三個載荷步的瞬態(tài)動力學分析。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)生瞬時轉(zhuǎn)變,刀具應(yīng)力場在不斷惡化,同時受交變應(yīng)力作用,最終導致刀具破損。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,對刀具進行數(shù)學建模求出了任意一點切削刃前刀面的垂線的單位向量,利用該模型進行多組有限元分析,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
【學位授予單位】：廣東海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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驗研究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)實驗18-23
• 2.3.1 實驗?zāi)B(tài)分析的目的和意義18
• 2.3.2 實驗原理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)實驗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 實驗方案設(shè)計24-27
• 3.2.1 實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容24
• 3.2.2 實驗設(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 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析處理29-33
• 3.4.1 MATLAB介紹29
• 3.4.2 實驗數(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)力場影響的靜力學分析34-40
• 4.2.1 靜力學分析的基礎(chǔ)理論34-35
• 4.2.2 靜力學有限元分析35-40
• 4.3 銑削振動對刀具的應(yīng)力場的影響的瞬態(tài)動力學分析40-44
• 4.3.1 瞬態(tài)動力學分析40
• 4.3.2 瞬態(tài)動力學有限元分析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)力場最惡劣時合力的方向45-50
• 5.3 振動對刀具破損影響機理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54
• 6.2 存在的問題及展望54-55
• 參考文獻55-59
• 附錄59-62
• 致謝62-63
• 作者簡介63-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文64-65
• 導師簡介65

【參考文獻】

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本文編號：578798