三維復(fù)雜槽型銑刀片槽型優(yōu)化原理與優(yōu)化技術(shù)的研究.pdf

1、金屬切削加工是機(jī)械工業(yè)中的基本工藝方法，刀具是金屬切削加工中的主要工具，刀具在很大程度上影響著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。隨著刀片材料及其制造技術(shù)的發(fā)展，具有復(fù)雜槽型的新型硬質(zhì)合金銑刀片不斷出現(xiàn)，三維復(fù)雜槽型銑刀刀片的應(yīng)用日益廣泛。目前國(guó)內(nèi)外研制的銑刀片槽型多是以經(jīng)驗(yàn)加試驗(yàn)的方法定型的，缺乏理論研究基礎(chǔ)，槽型的優(yōu)劣沒(méi)有統(tǒng)一的判斷依據(jù)。因此，進(jìn)行三維復(fù)雜槽型銑刀片槽型優(yōu)化原理與優(yōu)化技術(shù)的研究，以解決自動(dòng)化生產(chǎn)中刀具破損這一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，保證F

2、MS、CIMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 因此，本課題從提高三維復(fù)雜槽型銑刀片的切削性能和可靠性出發(fā)，建立三維復(fù)雜槽型銑刀片表面受力、受熱密度函數(shù)數(shù)學(xué)模型；以表面受力、受熱密度函數(shù)為邊界條件進(jìn)行三維復(fù)雜槽型銑刀片應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)及其耦合物理場(chǎng)的有限元分析，并對(duì)三維應(yīng)力場(chǎng)和溫度場(chǎng)及其耦合場(chǎng)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)評(píng)判；在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維復(fù)雜槽型銑刀片沖擊破損和粘結(jié)破損的試驗(yàn)研究；以最小刀具破損為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的建立，為建立三維復(fù)雜槽

3、型銑刀片槽型優(yōu)化CAD系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。 首先，在已建立的三維復(fù)雜槽型銑刀片銑削力數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行大量、系統(tǒng)的切削實(shí)驗(yàn)，建立銑削力的實(shí)驗(yàn)式以及刀.屑接觸長(zhǎng)度與接觸寬度的實(shí)驗(yàn)式，從而建立三維復(fù)雜槽型波形刃銑刀片的表面受力密度函數(shù)數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行定量計(jì)算對(duì)其分布規(guī)律進(jìn)行分析，為三維應(yīng)力場(chǎng)的分析研究奠定基礎(chǔ)。 其次，在已建立的三維復(fù)雜槽型銑刀片表面受力密度函數(shù)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，對(duì)平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片進(jìn)行了三維應(yīng)力場(chǎng)有限元

4、分析，并對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判。根據(jù)波形刃銑刀片表面受力密度函數(shù)分布規(guī)律及在銑削周期內(nèi)的受力分析，應(yīng)用彈性力學(xué)方法，采用雙調(diào)和方程進(jìn)行三維復(fù)雜槽型銑刀片切入過(guò)程應(yīng)力狀態(tài)分析。 第三，針對(duì)不同的槽型及刀片材質(zhì)進(jìn)行銑刀片沖擊破損實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析幾種槽型銑刀片破損形貌。采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法建立幾種銑刀片沖擊破損壽命累積分布函數(shù)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行沖擊破損壽命比較分析，從而對(duì)銑刀片三維應(yīng)力場(chǎng)有限元分析的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。 第四，

5、在已建立的三維復(fù)雜槽型銑刀片銑削溫度數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，采用人工熱電偶法測(cè)量刀-屑接觸面的銑削溫度，建立前刀面刀-屑接觸區(qū)的平均溫度與時(shí)間之間的實(shí)驗(yàn)方程式，從而建立銑刀片表面受熱密度函數(shù)與溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型。以受熱密度函數(shù)為邊界條件，進(jìn)行波形刃銑刀片和平前刀面銑刀片三維溫度場(chǎng)有限元分析，并對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判。進(jìn)行三維復(fù)雜槽型銑刀片粘結(jié)破損量化數(shù)學(xué)模型的研究，建立前刀面刀-屑接觸區(qū)銑削溫度與最大粘結(jié)破損深度的關(guān)系，從而可以根據(jù)銑

6、刀片前刀面上的最高溫度，預(yù)測(cè)其粘結(jié)破損情況。 最后，對(duì)平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行熱-應(yīng)力耦合場(chǎng)分析，探討耦合情況下等效應(yīng)力的分布規(guī)律和受力變形狀況，并對(duì)平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片的耦合場(chǎng)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判。以最小沖擊破損和粘結(jié)破損為目標(biāo)，建立應(yīng)力場(chǎng)模糊綜合評(píng)判結(jié)果與背吃刀量之間的目標(biāo)函數(shù)關(guān)系和溫度場(chǎng)模糊綜合評(píng)判結(jié)果與背吃刀量之間的目標(biāo)函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用優(yōu)化理論對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新槽型提供理論依