【摘 要】
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应用于航空航天领域的传统制孔工艺需满足钻、扩、绞等一系列复杂的工序才能保证加工质量以及精度等级,不仅质量难以保证而且效率低下。因此,产生了沿螺旋线轴向进给的螺旋铣孔技术,它产生的切削力小、温度低、工件表面毛刺少,很好地解决了这一难题。本课题的研究主题是螺旋铣孔过程切削力研究及其对加工质量的影响。其中,螺旋铣孔过程切削力的研究主要从切削过程到钻孔再到螺旋铣孔的有限元仿真过程来研究。而切削加工质量本文
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应用于航空航天领域的传统制孔工艺需满足钻、扩、绞等一系列复杂的工序才能保证加工质量以及精度等级,不仅质量难以保证而且效率低下。因此,产生了沿螺旋线轴向进给的螺旋铣孔技术,它产生的切削力小、温度低、工件表面毛刺少,很好地解决了这一难题。本课题的研究主题是螺旋铣孔过程切削力研究及其对加工质量的影响。其中,螺旋铣孔过程切削力的研究主要从切削过程到钻孔再到螺旋铣孔的有限元仿真过程来研究。而切削加工质量本文主要从未变形切屑的形貌以及锯齿化程度来评估。本文主要研究内容及结论如下:(1)绪论方面介绍了螺旋铣孔技术和切削加工的背景以及各自研究现状,通过分析,本文决定采用有限元软件ABAQUS对切削加工、钻孔加工以及螺旋铣孔进行系列化模拟仿真。(2)有限元仿真模型的建立基础方面介绍了有限元仿真理论的应用领域以及基础思想。此外还指出了切削力的影响因素,并将其作为模拟自变量,将模拟结果中的切削力以及切屑形貌作为因变量,分析因变量随自变量的变化规律。最后,对模拟中最重要的本构方程、切屑分离准则、网格划分方法、摩擦系数等分别作了说明。(3)切削加工有限元方面分正交切削模拟以及斜角切削模拟。正交切削模拟中研究了切削速度、切屑厚度、刀具前角、刀具后角、摩擦系数、刀具圆角刃角半径以及刀具倒棱刃角半径对切削力和切屑形貌的影响规律分析;斜角切削模拟研究了倾斜角对切削力和切屑形貌的影响规律分析。(4)立铣刀加工孔有限元模拟方面研究了立铣刀钻孔有限元模拟以及立铣刀螺旋铣孔有限元模拟。首先都将立铣刀导入到ABAQUS软件中,然后与工件装配、划分网格等。不同的是,钻孔模拟模块研究了主轴转速以及轴向进给量对切削力以及切屑形貌的影响规律研究;而螺旋铣孔模拟模块研究了主轴转速与偏心距对切削力以及切屑形貌的影响规律研究。(5)最后对本文做了小结。在正交切削模拟中,切削力最小的切削速度为30m/min,切屑厚度为0.1mm,刀具前角为16°,刀具后角为14°,摩擦系数为0.15,刀具圆角刃角半径为0.01,刀具倒棱刃角半径为0.01。在斜角切削模拟中,倾斜角为10°。在钻孔模拟中,切削力最小值时主轴转速为225rad/s,轴向进给速度为0.3mm/s。在螺旋铣孔模拟中,切削力最稳定时主轴转速为100rad/s,切削力取得最小值时的偏心距为2mm。
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