球头立铣刀铣削力有限元分析.doc

有限元分析(论文)
球头立铣刀铣削力有限元分析
专业: 机械电子
学生姓名: 张娇
学号: 201201024

摘要
本文从球头立铣刀的几何模型着手,建立了一个适用于球头立铣刀铣削的三维铣削力模型,分析***几何角度的变化对切削力的影响,作为有限元分析的基础。应用有限元软件ANSYS,研究在不同铣削条件下(背吃刀量、每齿进给量、主轴转速、悬伸长度等)球头立铣刀的受力情况。
建立球头立铣刀仿真实体模型,进行有限元分析表明:其它铣削条件不变时,背吃量越大,球头立铣刀变形量和应力都同时增大,而且二者的增长幅度和增长趋势几乎相同;当每齿进给量增加时,球头立铣刀变形量和应力都同时增大,但是二者的增长幅度不同,球头立铣刀应力的增长更大一些;主轴转速越高,球头立铣刀变形量和应力也会越大,二者的增长趋势相同但是幅度不同,球头立铣刀变形量的改变较大。
Summary
In the present paper,a three dimensional milling force model for ball-nose end mill Was established based on its the geometric model of cutting end influences of cutting edgeangles on cutting force were the assist of the finite element software“ANSYS”,real stress distributione were studied in the differen millingconditions,such as cutting depth,the feed amount of each tooth,main shaft rotation and theextended length etc.
一、背景及意义
机械制造业是国民经济和社会发展及国防建设的基础,其发展水平是一个国家综合实力的重要标志。据估计机械制造业中有30%——40%的工作量是切削加工,全世界每年切削加工耗费约2500亿美元。进入20世纪80年代后,伴随着市场全球化的浪潮,机械制造业向离效率、高质量、高柔性、绿色化和信息化的方向发展,世界各国都不惜耗费巨资,投入大量人力物力,采用最先进的技术手段,不断地深入研究与探讨机械加工方法及其理论。
航天、航空、’汽车、造船等行业,叶片螺旋桨、外覆盖件模具、内饰件的注塑模具等自由曲面轮廓零件的应用越来越广泛,自由曲面的加工工具及技术显得非常重要。自由曲面数控加工除了要求***高强度、高刚度、高耐用度、高精度及良好的断屑与排屑性能外,还要保证有良好的刀位计算功能,便于生成简洁有效、稳定连续的***轨迹。目前加工曲面的***主要有:球头铣刀、环形铣刀、平头铣刀及在多轴加上中应用较多的鼓形铣刀和圆锥立铣刀。
球头立铣刀是汽车、航空和模具制造中不可或缺的重要工具。因为它的刃形形状较复杂,球头部分切削条件恶劣,***承受的轴向力较大,铣削力和铣削振动难以精确建模,因此球头立铣刀铣削过程仿真研究受到了研究人员的极大关注。
切削力会直接影响机床、工件、***和夹具组成的工艺系统的相互位置关系和产生变形,进而影响零件加工精度;切削过程中产生的切削力,要消耗能量,将机械能转化为热能,通过影响切削热的多少,进一步影响***磨损的快慢和加工质量的好坏。切削力的来源有两方面:一是工件切削层金属和表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力;二是***和切屑、工件表面间的摩擦阻力。切削力中包含着丰富的切削状态信息,通过切削力可以推知***变形、破损、能量、消耗等情况,同时它又是振动计算的基础。研究球头立铣刀切削力的模型,了解影响切削力的因素,掌握切削力的变化规律,对铣削加工工艺由依赖经验转向依赖定量分析,将有助于分析切削过程和解决金属切削加工的工艺问题,提高铣削加工的安全性和生产效率。因此,建立球头铣刀切削力模型,实现球头立铣刀切削力的预报并开展相关研究,具有重要的现实意义
二、球头立铣刀的有限元模型
1、球头立铣刀实体几何模型的建立
有限元分析的第一个步骤就是建立球头立铣刀的实体几何模型。有限元建立实体模型的方法有直接法和间接法。直接法适用于具有简单的几何外形、节点、。间接法首先建立结构实体形状,称为实体模型,然后可自动生成网格。由于球头立铣刀的几何结构太复杂,因此,采用间接法生成一把球头立铣刀的实体几何模型图。在本研究中,以虚拟制造的球头立铣刀为实体几何模型为研究对象,通过ANSYS的专用接口来传输Sold