基于ProE的铣刀的力学建模和分析-答辩稿

基于 的复杂零件 力学建模和分析 课题研究目的和意义 结合 和 中建立带有复杂曲面的立铣刀模型，然后分析铣刀的内部应力状态受螺旋角的变化而发生改变的规律，为刀具的结构设计、切削条件的合理选择及刀具轨迹的优化提供有益参考。同时本课题可为其他实体建模分析提供参考。 主要工作内容 介绍 实体建模过程。 介绍 与 。 分析铣刀在铣削时受力情况和约束条件，建立铣削力的数学模型。 在实体模型上施加约束和载荷，求解计算。 讨论刀具螺旋角改变对铣刀的应力应变分布状态的影响。 1. 实体建模 将立铣刀分为刀刃和刀柄两部分分别建模，然后组合在一起。 混合特征 拉伸特征 铣刀刀刃部分 铣刀刀柄部分 立铣刀 刀刀刃部分建模 将一组 截面 在其边处用过渡曲面连接形成一个连续的特征，称为混合特征。 刀刀刃部分建模 让铣刀端截面绕轴线做螺旋运动，便形成刀刃部分。立铣刀端截面形状如下图所示。在整个立铣刀建模和有限元分析过程中，为了使分析计算更加顺利，都采用立铣刀的简化模型。 刀刀柄部分建模 拉伸特征是指将草绘截面按指定的拉伸方向，以指定深度平直拉伸截面。 成的铣刀模型 2. 与 拥有强大的实体和曲面造型功能 ， 而 这两个软件各自的长处恰恰是对方的短处 。 解决这一矛盾的有效途径是：在 中进行建模 ， 然后将模型导入到 从而实现用计算机完成零件设计和分析 。 将 的模型导入 可以在各建模软件和分析软件之间转换。 在 中完成实体建模后，将文件保存成 后便可以在 口转换模块导入 软件的接口模块“ ，然后作相应的配置。 但此方法要在计算机上同时运行 和 计算机的硬件要求较高。 3. 铣削力建模 铣削力是铣刀在切除工件上的材料余量时受到的一种阻力。它是同时工作的各个刀齿上受到切削力的总和。 削力的来源 削力分解 铣削力的分解示意图如下 削力分解 切向铣削分力 ：作用在铣刀圆周的切线方向上，是消耗切削功率的主切削力。 径向铣削分力 ：沿铣刀半径方向作用，会造成铣刀弯曲，但不做功。 轴向铣削分力 ：是指沿铣刀轴线方向上的分力。 各铣削分力的关系如下： 式中： 为铣削合力。 铣削力的计算 本实验的刀具材料选用 性模量 30泊松比为 度为 导热率为 在具体切削中所采用的参数值为 Z = 4；z； 185mm；n= 10000r/ 。 45铣削力的计算 由参考资料，知工件材料为碳钢时硬质合金铣刀铣削力的计算公式为： 代入计算得： 则每个刃的切削力为 ： 参考资料：刘杰化，任昭蓉编著 北京：国防工业出版社， 2006 )( 3 1 NF z )( 7 NF 4. 有限元法实质上是把具有无限自由度的连续系统，近似等效为只有有限自由度的离散系统，使问题转化为适合于数值求解的数学问题。 立几何实体模型、划分网格 分网格 入求解器加载并求解 中力载荷 入通用后处理器查看结果 形显示变形结果 形显示应力结果 画显示应力结果 5. 铣刀螺旋角分析 螺旋角改变时刀具的应力应变值 5. 铣刀螺旋角分析 结论 ： 1. 无论是直齿铣刀还是螺旋齿铣刀，在应力分布上是类似的：最大值都发生在刀尖受切削处，此处刀具的强度最弱，也最易发生刀尖破碎和崩刃，周围部分应力逐渐减少，最小处都在刀柄夹持处。 2. 直齿铣刀的最大等效应力值比螺旋铣刀小 202小了 大了 可见螺旋角的改变对于刀具的变形量的影响要大于对刀具应力的影响。 5. 铣刀螺旋角分析 螺旋齿铣刀仅刀尖处变形明显。这是因为螺旋角的改变改变了铣削分力的数值，最终导致切削合力的方向发生变化，从一定程度上改变了刀刃的受力情况，减少了使切削刃产生扭曲变形的载荷值。 6. 展望 在 软件中建立更准确的铣刀外轮廓和刃形曲线； 采用更科学的网格划分方法对铣刀进行网格划分，以得到更精确的结果； 从不同因素对刀具温度场的影响进行分析，在铣削中找出应力场和温度场相对平衡点。 致谢 首先，要特别感谢我的指导老师王雅老师的悉心指导，给我提供了极大的帮助和启发 ；