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切向车铣运动建模及理论表面粗糙度的研究

作　者: 杨大卫
导　师: 姜增辉
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 切向车铣运动建模表面粗糙度
分类号: TG54;TH161.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

车铣技术是近年来机械加工领域研究的热点问题之一,也是未来高速切削发展的一个重要方向。切向车铣是近几年出现的一种重要车铣加工方法,相关研究工作在国内目前尚未开展。因此,研究切向车铣的运动机理及加工参数对表面粗糙度的影响,对于其应用具有积极的现实意义。本文采用矢量方法,建立了切向车铣加工运动的数学模型,使用AutoLISP语言对其运动轨迹进行了仿真,由此分析了铣刀齿数、转速比、轴向进给量、刀具螺旋角等参数对运动轨迹的影响。通过对切向车铣理论表面粗糙度形成机理的研究,建立了理论表面粗糙度的计算模型和工件表面形貌的三维模型。使用MATLAB对切向车铣工件表面微观形貌进行模拟。分析了转速比、刀具螺旋角、轴向进给、切深和刀具直径等参数对工件理论粗糙度和表面形貌的影响。对切向车铣加工铝合金Z101进行了试验研究,结果表明,随着轴向进给量增加,工件表面粗糙度增大,随着转速比增大,工件表面粗糙度减小,且试验结果与理论分析基本一致。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-20
  1.1 车铣加工的技术背景  12-13
  1.2 车铣的研究现状综述  13-16
  1.3 建模与仿真方法  16-17
  1.4 研究目的和研究内容  17-19
  1.5 技术路线  19-20
第2章切向车铣的基本参数  20-30
  2.1 切向车铣的切削层参数  20-22
    2.1.1 切削深度  20-21
    2.1.2 切削厚度  21
    2.1.3 切削宽度  21-22
    2.1.4 平均切削总面积  22
  2.2 进给量和切削速度  22-25
    2.2.1 铣刀的进给量  22-23
    2.2.2 切削速度  23-25
  2.3 切向车铣的加工方式  25-29
    2.3.1 逆铣和顺铣的特点  26-28
    2.3.2 切向车铣的逆铣和顺铣  28-29
  2.4 小结  29-30
第3章切向车铣运动的建模  30-37
  3.1 切向车铣的数学建模  30-34
    3.1.1 车铣运动过程的矢量表达  30-31
    3.1.2 铣刀矢量方程建立  31
    3.1.3 坐标变换  31-32
    3.1.4 多刃铣刀运动的矢量表达式  32-33
    3.1.5 具有轴向进给切向车铣运动的矢量表达式  33
    3.1.6 一般切向车铣的矢量表达式  33-34
  3.2 刀刃上任意一点矢量方程  34-36
    3.2.1 任意点矢量方程  34-35
    3.2.2 坐标变换  35
    3.2.3 有轴向进给的一般切向车铣轨迹  35-36
    3.2.4 多刃铣刀任意点矢量  36
  3.3 小结  36-37
第4章切向车铣的运动轨迹仿真  37-47
  4.1 基本加工条件  37-38
  4.2 切向车铣外圆的运动曲线仿真  38-42
    4.2.1 铣刀齿数对刀刃轨迹的影响  38-39
    4.2.2 转速比对刀刃轨迹的影响  39-40
    4.2.3 轴向进给量对刀刃轨迹的影响  40-41
    4.2.4 铣刀螺旋角对刀刃轨迹的影响  41-42
  4.3 工件最终表面的形成  42-46
    4.3.1 铣刀齿数对表面形成过程的影响  42-43
    4.3.2 转速比对表面形成过程的影响  43-44
    4.3.3 铣刀螺旋角对表面形成过程的影响  44
    4.3.4 轴向进给对表面形成过程的影响  44-45
    4.3.5 切向车铣方式对表面形成过程的影响  45-46
  4.4 小结  46-47
第5章理论表面粗糙度的建模与仿真  47-75
  5.1 理论粗糙度的建模方法  47-48
  5.2 切向车铣理论粗糙度建模  48-51
    5.2.1 螺旋角在加工过程的作用  48
    5.2.2 切向车铣加工残留痕迹  48-49
    5.2.3 切向表面残留高度的变化函数  49-50
    5.2.4 轴向表面残留高度的变化函数  50-51
  5.3 切向车铣表面微观形貌建模  51-56
    5.3.1 切向表面残留高度的计算  52-53
    5.3.2 滞后角  53-55
    5.3.3 切向表面残留高度的合成  55
    5.3.4 轴向表面残留高度的计算  55-56
  5.4 表面仿真模型的建立  56-58
    5.4.1 仿真建模  56-57
    5.4.2 残留波峰斜率  57-58
  5.5 工件的圆周方向理论残留高度  58-59
  5.6 切向车铣表面仿真  59-64
    5.6.1 仿真算法  59-61
    5.6.2 仿真流程图  61-62
    5.6.3 设定基本加工条件  62-64
  5.7 切向车铣表面粗糙度的研究  64-73
    5.7.1 轴向进给速度对表面形貌的影响  64-66
    5.7.2 转速比对表面形貌的影响  66-68
    5.7.3 切削深度对表面形貌的影响  68-69
    5.7.4 刀具半径对表面形貌的影响  69-73
  5.8 小结  73-75
第6章切向车铣切削试验  75-83
  6.1 试验步骤  75
  6.2 试验设备  75-77
    6.2.1 切向车铣加工设备  75-76
    6.2.2 切向车铣检测设备  76-77
  6.3 试验数据及分析  77-82
    6.3.1 轴向进给对表面粗糙度的影响  77-80
    6.3.2 转速比对表面粗糙度的影响  80-82
  6.4 本章小结  82-83
结论  83-84
参考文献  84-87
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  87-88
致谢  88-89

切向车铣运动建模及理论表面粗糙度的研究

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