高速干式滚齿切削力理论及实验研究

摘要

高速干式滚齿是近几十年崛起的一门先进制造技术。国外在高速干式滚齿加工机理和应用研究方面做了大量研究工作，国内在这方面的研究相对滞后。为了促进高速干式滚齿切削工艺在工业生产中的广泛应用，高速干式滚齿切削机理研究领域有许多急待开展或深入的课题。 本文建立了高速干式飞刀铣齿及滚齿切削力模型，建立了机床－刀具－工件等组成的高速干式飞刀铣齿系统的动力学模型。采用有限元分析方法，对高速干式飞刀铣齿及滚齿切削力进行了仿真实验研究，对刀具的应力场和变形进行了分析，对飞刀和滚刀进行了模态分析；采用高速干式飞刀铣齿实验模拟滚齿，进行了多次切削力正交测试实验，将仿真实验结果和实验测试结果与理论计算结果进行了对比分析，验证了切削力模型和计算方法的正确性。运用VB编程软件系统对高速干式飞刀铣齿切削力及动态切削力的计算与分析、高速干式滚齿切削力的计算与分析、高速干式滚齿滚刀的设计计算、高速干式滚齿切削数据库及高速干式飞刀铣齿切削力测试实验进行了程序设计，为进行理论分析和工程应用提供了有利的工具。对高速干式飞刀铣齿系统的动力学模型进行了仿真研究，分析了高速干式飞刀铣齿系统的动力学性能。根据高速干式飞刀铣齿、高速干式滚齿理论计算的结果，以及高速干式飞刀铣齿实验的测试结果，结合传统低速切削及高速铣削的基本理论和研究结果，对切削力与切削用量、刀具几何参数和材料及工件材料等诸多因素的影响关系及变化规律进行了对比分析，初步揭示了高速干式滚齿的切削机理。通过本文的研究，为高速干式滚齿切削加工技术提供了基本理论及实验方法，为该技术的推广应用奠定了理论和实验基础。 高速干式滚齿加工技术是一项全新的、正在发展中的先进实用技术，要充分认识该技术的优越性和巨大经济效益的潜力，发挥有利条件大力研究发展和应用该技术，将我国齿轮加工水平推进到一个新高度。