关键字:

	胡锦涛在辽宁考察称我国

首页 >> 机床技术资讯 >> 查看资讯信息

球头铣刀切削力计算机预报模型的数值仿真

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:10:30

1 引言

平前刀面球头铣刀具有结构简单、易于制造、便于重磨等优点，在工件三维复杂表面的铣削加工中得到了广泛应用。我们借助于不同切削条件下球头铣刀切削力、扭矩和切削功率的计算机预报模型，对平前刀面球头铣刀的切削性能进行了数值仿真研究。通过分析各种参数对切削性能的影响规律，获得了不同切削条件下球头铣刀切削力和扭矩的特征及变化趋势。

2 计算机预报模型的数学建模

根据平前刀面球头铣刀直角坐标系及相互几何关系，建立法向前角为g_n的切削刃方程为

对于每个微小切削单元，可利用上述计算系数求得斜角切削力的三个分量dF_pij，dF_qij和dF_rij分别为

(2)

对全部(m 个)微小切削单元形成的切削分力求和即可求得一条刀齿上的切削力，再将铣刀上所有刀齿的切削力累加，即可求得球头铣刀在某瞬时的切削力和扭矩的大小，可用通式表达为

(4)

(6)

3 数值仿真的切削条件

利用上述球头铣刀切削力计算机预报模型进行数值仿真研究，可进一步弄清各种工艺参数、结构参数对铣刀各切削力分量、扭矩的瞬时值和平均值的影响规律。为使球头铣刀的预报研究符合生产实际并具有代表性，我们根据有关手册的推荐参数和刀具生产厂家提供的信息选取了相应的切削条件，见右表。

利用上述几组切削条件，可研究各种不同切削参数对铣刀各切削力分量和扭矩的瞬时值和平均值的影响规律和特点。

4 数值仿真结果分析

根据上述切削条件，利用建立的预报数学模型求出刀刃上每一微小单元处的几何参数和切削参数，并从切削数据库中计算出该微小单元的两部分切削力的计算系数K值；然后求出该微小单元斜角切削力的三个分量；最后代入式(4)～(6)即可求得某一瞬时球头铣刀切削刃承受的切削力三个分量和扭矩。

平均切削力和扭矩的变化趋势
平均切削力分量和平均扭矩是对球头铣刀在一周内的全部瞬时值求平均值后得到的，它们随主要工艺参数变化的趋势如铣刀法向前角g_n=0°，铣刀半径R=10mm，刀齿数量N_t=3，轴向切深a_p=5mm，径向切宽a_r=5mm，名义切深a_w=5.886mm，每齿进给量f_t=0.054mm，切削速度为315r/min(V_max=17.14m/min)。
由图1a、b、c可知，铣刀平均切削力和扭矩与每齿进给量f_t、刀齿数N_t和切深a_p成线性关系，当这三个参数增大时，平均切削力和扭矩基本上也呈线性增加。

**表数值仿真的切削条件**
项目	内容
工件材料	S1214 易切钢
刀具材料	涂层HSS
法向前角	0°，5°，10°
刀具半径(mm)	8，10，12.5
刀齿数量	2，3，4
轴向切深	0.25R，0.5R，R，1.25R
径向切宽	0.5R，2R
切削速度(r/mm)	200，250，315
进给速度(in/min)	2，3，4

由图1d可知，当径向切宽a_r增大时，扭矩和F_y、F_z将随之增大，而F_x增大一段后会减小，原因是此时有两个刀齿同时参与切削且在X方向上两刀齿的切削力方向相反，造成部分切削力相互抵消。

由图1e、f、g可知，当刀具半径R、法向前角g_n和切削速度V增大时，平均切削力和扭矩将随之减小，这与斜角切削理论是相符的。

切削力和扭矩的波形

通过球头铣刀计算机预报模型的数值仿真研究，可对铣刀的每个刀齿和整个铣刀的切削力和扭矩波形的形状和幅值进行预报，这对于确定每个刀齿所受切削力和扭矩的特性十分有用。

图2所示为切削力在X，Y，Z方向上三个分力的波形和扭矩波形。图中曲线1 表示单边切削模式的波形(a_r=5mm)，在每个刀齿切出角附近存在切削力和扭矩的较大值区域，当刀齿与工件不接触时，切削力和扭矩最小且为零；曲线2表示切槽铣削模式的波形，有时两个刀齿同时切削，有时仅一个刀齿切削，这就导致了切削力和扭矩波形的明显变化。

图1 理想条件下平均切削力和扭矩的变化趋势

5 结论

通过对平前刀面球头铣刀在不同切削条件下的切削力、扭矩和切削功率进行计算机数值仿真研究，获得了不同切削条件下球头铣刀平均切削力和平均扭矩值的变化趋势和规律特征。
通过对球头铣刀每个刀齿和整个铣刀的切削力和扭矩的波形形状和幅值大小进行模拟仿真，获得了每个刀齿所受切削力和扭矩的性质特点和变化规律。
通过数值仿真研究，进一步了解了不同切削条件对球头铣刀切削力较大值、最小值、平均值、受力区域和波动指标的影响特点和趋势。

上述研究工作进一步改进和完善了所建立的球头铣刀计算机预报模型，对切削过程中切削用量的优化和切削参数的监控具有重要意义，此项研究对相同类型球头铣刀的研究亦有参考价值。

图3 各工艺参数对F_x分量波动的影响规律

【关闭窗口】【打印该页】

本信息真实性未经证实，仅供您参考。未经许可，不得转载。