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高速切削因具有优质、高效、低耗等优势而受到广泛应用,成为制造加工领域发展的最主要方向之一。高速切削因受到机床、刀具、工件、切削用量、加工工艺等各方面的限制,加上高速加工环境恶劣,加工过程复杂,导致很多高速加工机床都没能充分发挥出高速切削的特点。其中刀具参数直接影响切削加工,合理选择和改进刀具参数对提高高速切削加工性能是十分有必要的。本论文基于高速切削理论、有限元分析理论和热.弹塑性变形理论对高速切削刀具参数进行研究,研究结论将用于为高速加工用户提供合理的刀具参数,避免机床颤振,提高精度保持性,提高刀具的使用寿命和加工质量等。
应用DEFORM分析软件对高速切削加工有限元建模和数值仿真模拟的关键性技术进行分析和研究,建立了高速加工过程中切削变形区在正交切削和斜角切削条件下的刀具.切屑接触面、刀具-工件接触面及剪切区的应力场、温度场数值分布模型,得到高速切削条件下不均匀热-力耦合强应力场、温度场的主要特征及分布规律。在切削加工中,刀具是连接机床与工件的直接载体,其切削性能的好坏对加工结果会产生最直观的影响,具体表现在切屑流向、已加工表面质量、刀具寿命、加工效率等方面。由于高速切削时切削温度很高,材料的热学性能(如耐热性、熔点、抗氧化性及高温力学性能等)成为影响刀具耐用度的主要因素。切削刀具材料要有耐热性好、可靠性高、抗热冲击性能好、、力学性能高。本文通过试验对切削温度、切削力、刀具耐用度、已加工表面粗糙度等进行分析,得到刀具对加工性能的影响规律,并应用多元回归分析法对基于切削用量的高速切削力、刀具寿命和表面粗糙度数学预测模型进行了推导。最后,参考各切削参数对加工性能的影响规律,建立了基于高速切削加工参数的多目标多约束优化模型,并采用遗传算法优化工具箱和MATLAB软件对部分重要参数进行优化计算。
高速切削加工的过程是个复杂多变过程,刀具参数对高速切削加工性能的影响差异很大,因此,切削加工时应根据不同的加工要求对刀具进行合理的选择和优化。