高速切削工艺参数与刀具参数的分析研究

摘要

高速加工技术因其具有高切削速度、高进给速率和高加工精度等优势而被受到广泛关注，成为未来制造加工领域发展的最主要方向之一。与其它制造业发达的国家相比，我国对高速加工的研究起步比较晚，主要以实际工程应用为目的，其研究水平多处在实验探索阶段，没有形成系统的理论和技术，尤其是在高速切削机理的研究方面，由于缺乏正确的切削理论指导，导致很多高速加工机床都被应用于普通切削加工中，没能充分发挥出高速切削的优势。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工艺参数和刀具参数进行研究，研究结论将用于为高速加工用户提供合理的切削使用规程，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研究和归纳，建立了高速切削变形区在正交切削和斜角切削条件下的刀-屑接触面、刀-工接触面及剪切区的应力场、温度场数值分布模型，得到高速切削环境下不均匀热-力耦合强应力场、温度场的主要特征及分布规律。高速加工时切削变形区形成一个窄小的、应力梯度极大的、不均匀的强应力场，在切削过程中造成温度升高的主要原因是摩擦生热，材料的弹-塑性变形热相对摩擦热来讲是比较小的，并且切削加工中的大部分热量都由切屑带走，工件和刀具只承担了较少部分热量。通过单因素试验和多元正交试验对高速加工切削力、切削温度、刀具寿命、表面粗糙度及切削稳定性等进行分析，得到切削用量对高速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。
　　 高速切削加工是一个复杂且不稳定的切削变形过程，尤其是在高速铣削加工时，选择不同的切削参数对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切削用量进行合理的选择和优化。