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三维复杂槽型铣刀片切入破损理论及其应用技术研究

作　者: 王志刚
导　师: 李振加
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 切入破损断续切削三维复杂槽型波形刃铣刀片仿真系统
分类号: TG714
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

重型机械、汽车、电站设备等是我国的支柱行业,其大型、复杂零部件的制造是企业生产的核心技术,大型、复杂零部件大多采用难加工材料,这些材料的特点是高硬度、高强度、高韧性,因此,加工时刀具破损严重,刀具使用寿命及生产效率很低。尤其是在FMS、CIMS等自动化生产中,刀具破损已成为关键技术及难题之一。经大量文献查询,以往有关切入破损机理研究都是针对平前刀面铣刀片进行的,对三维复杂槽型铣刀片切入破损机理研究很少有报道。近年来,三维复杂槽型铣刀片大量应用于机械加工的各个行业,但是理论研究严重落后于实际应用,三维复杂槽型铣刀片的应用和开发缺乏理论基础。因此,本论文深入研究三维复杂槽型波形刃铣刀片的运动切入接触理论;推导三维复杂槽型波形刃铣刀片九种切入类型的判别数学模型;建立不同切入类型刀片的冲击破损寿命累积分布函数优选数学模型;进行三维复杂槽型波形刃铣刀片切入类型的仿真研究;通过优化开发出三维复杂槽型刀片和先进刀具产品,解决生产中刀具严重破损的问题。基于模拟实验与数学分析,进行了三维复杂槽型波形刃铣刀片前刀面方程的推导、前刀面运动方程的推导、接触线方程的推导、交线方程的推导和切削域形貌方程的推导,从而形成三维复杂槽型波形刃铣刀片切入接触理论。提出了三维复杂槽型波形刃铣刀片九种新的切入接触形式,引入前刀面接触角变化量δ,从而建立了三维复杂槽型波形刃铣刀片九种切入类型判别数学模型。建立了不同切入类型刀片的三维复杂槽型波形刃铣刀片冲击破损寿命累积分布函数数学模型,得出刀片冲击破损寿命的概率分布服从威布尔概率分布函数的结论,优选出三维复杂槽型波形刃铣刀片切入破损类型,最佳的切入类型为U型,其余依次为V型、T型、S型。进行了三维复杂槽型波形刃铣刀片切入类型的仿真研究。基于UG平台,利用UG提供的开发环境,结合UG/Open API及VC++编程软件,开发出三维复杂槽型波形刃铣刀片切入类型仿真系统,根据不同切入参数,采用实体建模技术,对三维复杂槽型波形刃铣刀片切入状态进行计算机模拟。进行了三维复杂槽型刀片优化技术的研究。针对不同工件材料、刀具材料、加工条件、负载情况,采用实验室试验和现场试验相结合的方法,通过切入方式、切削力、切屑形状、切削寿命、失效形式、刀片材质等优化分析,建立三维复杂槽型铣刀片优化模型,优化切入方式、刀片槽型与几何参数以及刀片材质,开发出系列三维复杂槽型刀片。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-18
第1章绪论  18-32
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  18-21
  1.2 国内外刀具破损机理研究的概况及发展趋势  21-27
    1.2.1 刀具破损机理研究的主要领域  21
    1.2.2 断续切削过程的切出破损研究  21-22
    1.2.3 动态切削力的研究  22-23
    1.2.4 热应力、热裂纹与刀具破损关系研究  23-24
    1.2.5 刀具破损的监控、预报研究  24-26
    1.2.6 研究发展趋势  26-27
  1.3 国内外切入破损机理研究的概况及发展趋势  27-30
    1.3.1 研究概况  27-30
    1.3.2 研究发展趋势  30
  1.4 课题来源  30
  1.5 论文的主要研究内容  30-32
第2章三维复杂槽型波形刃铣刀片运动切入接触及其类型的理论研究  32-64
  2.1 引言  32-35
    2.1.1 M.Kronenberg切入接触理论  32-33
    2.1.2 切入接触顺序的几何解析法  33-34
    2.1.3 平前刀面铣刀片切入类型判别式  34-35
  2.2 三维复杂槽型波形刃铣刀片接触形式模拟研究  35-38
    2.2.1 接触模拟装置  35-36
    2.2.2 切入类型的模拟试验  36-38
  2.3 三维复杂槽型波形刃铣刀片切入接触的理论研究  38-46
    2.3.1 前刀面方程的建立  38-39
    2.3.2 前刀面运动方程的建立  39-42
    2.3.3 前刀面运动时与工件切入侧表面的接触线LM方程  42-43
    2.3.4 工件切削域的形貌方程  43-45
    2.3.5 切削表面与工件侧表面交线C_1D_1方程  45-46
    2.3.6 三维复杂槽型波形刃铣刀片切入类型解析的方法与步骤  46
  2.4 三维复杂槽型波形刃铣刀片切入类型数学模型的建立  46-63
    2.4.1 STUV型、SV型和TU型切入类型判别式的建立  47-52
    2.4.2 ST型、UV型切入类型判别式的建立  52-56
    2.4.3 S型、U型切入类型判别式的建立  56-59
    2.4.4 V型、T型切入类型判别式的建立  59-63
  2.5 本章小结  63-64
第3章三维复杂槽型波形刃铣刀片切入破损的研究  64-94
  3.1 引言  64-65
  3.2 三维复杂槽型波形刃铣刀片切入切削力试验研究  65-66
  3.3 动态数据采集与处理软件FAS-4DEE-2  66-68
    3.3.1 系统配置要求  66-67
    3.3.2 系统主菜单  67
    3.3.3 系统标定  67-68
  3.4 不同切入类型与切削力关系对比试验  68-71
    3.4.1 试验方案的确定  68
    3.4.2 试验条件  68-69
    3.4.3 试验准备  69-70
    3.4.4 试验数据的采集  70-71
  3.5 三维复杂槽型波形刃铣刀片冲击破损试验研究  71-76
    3.5.1 冲击破损试验设计  71-73
    3.5.2 试验结果  73-76
  3.6 冲击破损寿命累积分布函数数学模型的建立  76-82
  3.7 冲击破损寿命累积分布函数的建立  82-85
  3.8 柯尔莫哥洛夫检验  85-89
  3.9 刀片破损寿命的对比分析  89-91
  3.10 提高硬质合金刀具抗破损性能的方法  91-92
    3.10.1 优选切入类型  91-92
    3.10.2 铣削方法与铣刀直径的选择  92
  3.11 本章小结  92-94
第4章三维复杂槽型波形刃刀片切入状态的仿真研究  94-108
  4.1 引言  94
  4.2 系统开发工具  94-97
    4.2.1 UG建模  94-95
    4.2.2 UG的二次开发  95-97
  4.3 UG/Open API与VC的结合  97-98
  4.4 系统界面设计  98-103
    4.4.1 菜单栏的实现  99-100
    4.4.2 系统界面的创建  100-103
  4.5 三维复杂槽型铣刀片切入破损仿真系统的设计  103-106
    4.5.1 系统的结构设计  103-104
    4.5.2 程序的编制  104-105
    4.5.3 程序测试  105-106
  4.6 本章小结  106-108
第5章三维复杂槽型铣刀片优化技术研究  108-121
  5.1 引言  108
  5.2 切削力优化实验  108-111
    5.2.1 实验系统  108-109
    5.2.2 实验条件  109
    5.2.3 实验参数  109
    5.2.4 结构钢45钢实验结果及分析  109-110
    5.2.5 不锈钢实验结果及分析  110-111
  5.3 切屑形状优化分析  111-114
    5.3.1 结构钢切削实验的切屑对比分析  111-112
    5.3.2 不锈钢切削实验的切屑对比分析  112-113
    5.3.3 螺卷屑形状的理论分析  113-114
  5.4 切削寿命优化实验  114-116
    5.4.1 实验条件  114-115
    5.4.2 实验结果  115
    5.4.3 刀片失效形式分析  115-116
  5.5 刀片材质优化分析  116-119
    5.5.1 材质成分分析  117-118
    5.5.2 金相显微分析  118
    5.5.3 粒度比较  118-119
  5.6 本章小结  119-121
结论  121-122
参考文献  122-129
攻读学位期间发表的学术论文  129-131
致谢  131

三维复杂槽型铣刀片切入破损理论及其应用技术研究

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