基于等磨損約束的樅樹(shù)型輪槽銑刀幾何參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、樅樹(shù)型輪槽銑刀是用來(lái)加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的一種成型刀具，而對(duì)于轉(zhuǎn)子來(lái)講，其表面的加工質(zhì)量會(huì)對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)的機(jī)械性能造成影響。除此之外轉(zhuǎn)子的輪槽加工，是屬于轉(zhuǎn)子加工過(guò)程中極其復(fù)雜困難的步驟。樅樹(shù)型輪槽銑刀是一種復(fù)雜型面的成型刀具，其刀刃常采用螺旋刃型線(xiàn)，正時(shí)基于這種特殊的刀具結(jié)構(gòu)，因此在整個(gè)銑削加工過(guò)程中不僅能夠正常地改變切屑的流動(dòng)軌跡，而且還會(huì)使切除的工件碎屑沿螺旋導(dǎo)向槽流出，由此在最大限度上使刀具本身散熱、最大程度地減弱切削抗力，有效地防止了

2、新生的切屑對(duì)已加工表面造成劃傷。在進(jìn)行輪槽銑刀地制備時(shí)，除了要滿(mǎn)足達(dá)到型線(xiàn)精度的最低要求之外，還要確保不同切削刃型線(xiàn)之間的交叉錯(cuò)齒結(jié)構(gòu)。這也保證了在切削加工時(shí)不僅切削余量的分配能夠均勻，而且將輪槽銑刀的使用壽命大大延長(zhǎng)。當(dāng)進(jìn)行汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的樅樹(shù)型輪槽銑削加工時(shí)，為了使整個(gè)切削過(guò)程平穩(wěn)有序進(jìn)行，同時(shí)讓銑刀在工作時(shí)能夠逐點(diǎn)切入，保持連貫性，通常采用直齒或者斜齒結(jié)構(gòu)。進(jìn)行輪槽銑削加工時(shí)，刀具表面會(huì)產(chǎn)生較大的切削力，與此同時(shí)在切削加工區(qū)域產(chǎn)生大量

3、的切削熱，最終各種因素同時(shí)影響致使刀具發(fā)生磨損。因此，根據(jù)刀具切削加工的原理，在充分研究銑削加工的基礎(chǔ)上對(duì)樅樹(shù)型輪槽銑刀進(jìn)行幾何參數(shù)優(yōu)化，能夠在最大程度上減弱刀具對(duì)銑削加工過(guò)程的影響。
　　本文從現(xiàn)有的研究成果出發(fā)，以輪槽銑刀的銑削加工為例，在研究輪槽銑刀的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要參數(shù)之后，參照直角切削過(guò)程切削力的數(shù)學(xué)模型與規(guī)律，首先建立了三維切削過(guò)程銑削力的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，基于直角切削溫度梯度分布的特點(diǎn)，利用相關(guān)軟件重新構(gòu)建了三維斜

4、角自由切削過(guò)程的銑削力-熱耦合有限元模型。在研究了刀具在金屬切削過(guò)程中產(chǎn)生磨損的物理和化學(xué)機(jī)理之后，根據(jù)現(xiàn)有刀具磨損的類(lèi)型，對(duì)比不同的磨損類(lèi)型的原理和特點(diǎn)。按照本文研究的目標(biāo)，建立了基于刀具不同磨損條件下的等磨損模型。
　　基于輪槽銑刀的造型理論，借助于三維幾何造型軟件Pro/Engineer的強(qiáng)大功能構(gòu)建了輪槽銑刀整體式模型。將其導(dǎo)入非線(xiàn)性有限元分析軟件DEFORM-3D后，建立了樅樹(shù)型輪槽銑刀有限元模型。在已有的切削參數(shù)及其刀