螺旋齿圆孔拉刀CAD系统开发及有限元仿真

摘要

螺旋齿拉刀比一般的普通拉刀,强度更高,使用寿命更长,并且能够获得更高的表面质量,在实际生产中得到了一定的应用。由于螺旋齿拉刀属于复杂刀具,设计、制造周期长,难度较大,为了进一步提高螺旋齿拉刀的设计效率及质量,对螺旋齿拉刀CAD系统及拉削过程的有限元仿真等进行研究具有非常重要的意义。
　　本文在分析螺旋齿圆孔拉刀的特点及拉削机理的基础上,利用划分微元的方法,将螺旋齿拉刀的切削齿分成若干个微元,建立了一种基于微元的切削力模型,并且利用B-spline(B样条)曲线函数进行切削齿的平滑处理。通过B-spline曲线函数方程计算了斜角拉削时切削齿的切削负载、切削刃与工件接触长度,获得了简化后的微元切削力方程。
　　为了提高螺旋齿圆孔拉刀的设计效率,本文对螺旋齿圆孔拉刀的常规设计方法进行了分析。基于Solidworks中扫描切除命令,绘制刀齿的法向齿形及螺旋线,切除扫描圆柱基体得到螺旋齿的三维模型。利用VB对Solidworks二次开发的方法,开发出了螺旋齿圆孔拉刀CAD系统,该系统分为切削部设计、校准部设计、刀体部设计及螺旋齿圆孔拉刀设计四大模块,实现了螺旋齿圆孔拉刀各部分模型及工程图的生成,以期在实际工程中得到应用。
　　考虑到螺旋齿圆孔拉刀三维拉削过程的复杂性,本文利用切削专用有限元仿真软件Third Wave Advantedge V5.6对拉削过程进行了初步研究。分析了二维拉削时,刀齿前角、后角、刃口圆弧半径、进给量及切削速度等因素对拉削力和拉削温度的变化规律。设计正交实验方案,通过分析极差和方差得到了影响拉削力诸因素的主次顺序及优化组合。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2拉刀的发展趋势

1.3刀具CAD技术的现状

1.4有限元法在金属切削仿真过程中的应用

1.5本文所做的主要工作

第二章 螺旋齿圆孔拉刀设计理论

2.1 螺旋齿圆孔拉刀的特点

2.2 螺旋齿圆孔拉刀的设计

2.3螺旋齿拉刀的拉削机理

2.4螺旋齿圆孔拉刀切削力模型

第三章 螺旋齿圆孔拉刀的CAD系统设计

3.1 参数化设计

3.2螺旋齿圆孔拉刀的建模及工程图

3.3 螺旋齿圆孔拉刀CAD系统

第四章 螺旋齿圆孔拉刀拉削过程的有限元仿真

4.1有限元仿真的主要技术

4.2 有限元模型建立

4.3 拉削过程模拟的结果及分析

第五章 总结

5.1 论文的主要工作

5.2 主要创新点

5.3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢