三維復雜槽型銑刀片槽型優(yōu)化原理與優(yōu)化技術的研究.pdf

1、金屬切削加工是機械工業(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械產(chǎn)品的質量與可靠性。隨著刀片材料及其制造技術的發(fā)展，具有復雜槽型的新型硬質合金銑刀片不斷出現(xiàn)，三維復雜槽型銑刀刀片的應用日益廣泛。目前國內外研制的銑刀片槽型多是以經(jīng)驗加試驗的方法定型的，缺乏理論研究基礎，槽型的優(yōu)劣沒有統(tǒng)一的判斷依據(jù)。因此，進行三維復雜槽型銑刀片槽型優(yōu)化原理與優(yōu)化技術的研究，以解決自動化生產(chǎn)中刀具破損這一關鍵技術問題，保證F

2、MS、CIMS等先進制造系統(tǒng)的正常運行。 因此，本課題從提高三維復雜槽型銑刀片的切削性能和可靠性出發(fā)，建立三維復雜槽型銑刀片表面受力、受熱密度函數(shù)數(shù)學模型；以表面受力、受熱密度函數(shù)為邊界條件進行三維復雜槽型銑刀片應力場、溫度場及其耦合物理場的有限元分析，并對三維應力場和溫度場及其耦合場進行模糊數(shù)學評判；在實驗的基礎上，進行三維復雜槽型銑刀片沖擊破損和粘結破損的試驗研究；以最小刀具破損為目標進行優(yōu)化目標函數(shù)的建立，為建立三維復雜槽

3、型銑刀片槽型優(yōu)化CAD系統(tǒng)打下基礎。 首先，在已建立的三維復雜槽型銑刀片銑削力數(shù)學模型基礎上，進行大量、系統(tǒng)的切削實驗，建立銑削力的實驗式以及刀.屑接觸長度與接觸寬度的實驗式，從而建立三維復雜槽型波形刃銑刀片的表面受力密度函數(shù)數(shù)學模型，并進行定量計算對其分布規(guī)律進行分析，為三維應力場的分析研究奠定基礎。 其次，在已建立的三維復雜槽型銑刀片表面受力密度函數(shù)數(shù)學模型基礎上，對平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片進行了三維應力場有限元

4、分析，并對有限元分析結果進行模糊數(shù)學綜合評判。根據(jù)波形刃銑刀片表面受力密度函數(shù)分布規(guī)律及在銑削周期內的受力分析，應用彈性力學方法，采用雙調和方程進行三維復雜槽型銑刀片切入過程應力狀態(tài)分析。 第三，針對不同的槽型及刀片材質進行銑刀片沖擊破損實驗，對比分析幾種槽型銑刀片破損形貌。采用數(shù)理統(tǒng)計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)學模型，進行沖擊破損壽命比較分析，從而對銑刀片三維應力場有限元分析的結果進行檢驗。 第四，

5、在已建立的三維復雜槽型銑刀片銑削溫度數(shù)學模型基礎上，采用人工熱電偶法測量刀-屑接觸面的銑削溫度，建立前刀面刀-屑接觸區(qū)的平均溫度與時間之間的實驗方程式，從而建立銑刀片表面受熱密度函數(shù)與溫度場數(shù)學模型。以受熱密度函數(shù)為邊界條件，進行波形刃銑刀片和平前刀面銑刀片三維溫度場有限元分析，并對有限元分析結果進行模糊數(shù)學綜合評判。進行三維復雜槽型銑刀片粘結破損量化數(shù)學模型的研究，建立前刀面刀-屑接觸區(qū)銑削溫度與最大粘結破損深度的關系，從而可以根據(jù)銑

6、刀片前刀面上的最高溫度，預測其粘結破損情況。 最后，對平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片的溫度場和應力場進行熱-應力耦合場分析，探討耦合情況下等效應力的分布規(guī)律和受力變形狀況，并對平前刀面銑刀片和波形刃銑刀片的耦合場進行模糊數(shù)學綜合評判。以最小沖擊破損和粘結破損為目標，建立應力場模糊綜合評判結果與背吃刀量之間的目標函數(shù)關系和溫度場模糊綜合評判結果與背吃刀量之間的目標函數(shù)關系，運用優(yōu)化理論對目標函數(shù)進行優(yōu)化，為設計和開發(fā)新槽型提供理論依