丝杠旋风铣削时变切削力的切削比能评估方法

摘要

作为制造业大国，制造业每年消耗大量电能。机床是制造业重要的耗电设备，消耗能量大但是能量利用率比较低，机床的节能减排对于制造业的可持续发展意义重大。机床的能耗可分为切削能耗和非切削能耗两部分。切削能耗是用于去除工件材料的能耗，是机床总能耗中的有效能部分。目前的切削能耗模型主要是以工件加工特征为平面、外圆，刀具-工件作用关系相对平稳的车、铣等工艺为研究对象，但是针对工件加工特征具有螺旋几何形状、刀具-工件作用关系具有时变、断续特征的旋铣丝杠工艺而言，由于涉及切削参数不同、刀具工件运动机理不同，现有的切削能耗的模型并不适用于旋风铣削。本文基于丝杠旋风铣削工艺的时变、断续工艺特征，提出了一种丝杠旋风铣削时变切削力的切削比能评估方法，主要工作如下：
　　首先，在对丝杠旋风铣削加工中刀齿与工件的相对运动机理和刀齿切削刃双圆弧齿廓特征进行分析的基础上，对丝杠旋风铣削过程中未变形切屑横截面面积、有效切削刃长度的瞬时变化特性进行分析，并在考虑前一刀切削对后下一刀切削的影响基础上，对丝杠旋风铣削的时变切削力进行建模。
　　然后，对丝杠旋风铣削过程的切削能耗特征进行分析，并基于丝杠旋风铣削时变切削力模型和刀具运动特征，对旋风铣削丝杠的切削能耗进行建模。同时基于丝杠旋风铣削加工中刀齿工件的运动特征和刀齿切削刃双圆弧齿廓特征建立未变形切屑的体积方程。在此基础上，对旋风铣削丝杠的切削比能进行建模。
　　最后，在上述研究的基础上，采用DEFORM-3D仿真切削力并对切削力系数进行拟合，并对时变切削力模型预测的可靠性进行验证。根据所建立的比能模型分析刀盘转速、工件转速、刀具齿数以及刀尖回转半径对丝杠旋铣铣削切削比能的影响特性。

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1论文选题背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的目的意义及项目来源

1.4论文的研究内容及组织结构

2 丝杠旋风铣削时变特征的切削力建模

2.1丝杠旋风铣削切削运动机理及刀具齿廓特征

2.2丝杠旋风铣削切削力的时变特性分析

2.3时变切削力模型

2.4本章小结

3 丝杠旋风铣削切削比能评估

3.1丝杠旋风铣削切削力矩建模

3.2丝杠旋风铣削切削能耗规律分析

3.3未变形切屑体积方程与切削比能模型

3.4本章小结

4 丝杠旋风铣削切削比能影响特性分析

4.1丝杠旋风铣削时变切削力模型验证

4.2切削参数对切削比能的影响特性分析

4.3本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B 作者在攻读硕士学位期间从事的主要研究工作

C 作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利

D 作者在攻读硕士学位期间所获奖励