基于Deform的飞机蒙皮锯切过程模拟

第 9期 2 0 1 2年 9月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i n e r y De s i g n Ma n u f a c t u r e 2 2 5 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 9 0 2 2 5 0 2 基 于 D e f o r m的飞机 蒙皮锯切过程模拟 木 李志峰侯红玲彭玉海张 昌明何亚银 陕西理工学院 机械工程学院 汉 中 7 2 3 0 0 3 Si mu l a t i o n o n Sa w To o t h Mi l l i n g Cu t t er s B a s e d o n De f o r m LI Zh i f e n g HOU Ho ng l i n g PENG Yu h a i ZHANG Cha n g mi n g HE Ya y i n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S h a a n x i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y H a n z h o n g 7 2 3 0 0 3 C h i n a 摘要 由于飞机装配过程中对蒙皮尺寸有一定的要求 所以飞机机身端面蒙皮余量需要进行切 割才能保证相邻 两段对接处的尺寸及端面垂直度 以锯片铣刀为研究对象 模拟锯切飞机蒙皮的加工 过程 利用 D e f o r m软件建立了 锯片铣刀和工件的有限元模型 动态模拟了 锯切加工过程 分析预测了 加工过程 中锯 片的受力和温度变化 得知在实际切割时由于锯切温度高 必须采取一定的措施进行冷 却 将数值模拟方法应用到锯片铣刀铣 削研究中 为进一步研究切削过程中切削力 温度场的分布及其 对刀具切 削性能的影响建立了理论基础 关键词 锯片铣刀 铣削 数值模拟 A b s t r a c t B e c a u s e o ft h e r e q u ir e m e n t s of a i r c r af t s a s s e m b ly d i m e n s i o n ai r c r aft f use l a g e s k i n n in g all o w a n c e must b e c u t i n o r d e r t o g u a r a n t e e p e r p e n d i c u l a r i t y o f t h e e n d f a c e a n d ass e mb l e d i m e n s i o n T h i s r e s e arc h is b ase d o n s a w t o o t h mi l l i n g c u t t e r s s i mu l ati n g t h e m i l l i n g a i r c r a f t s k i n p r o c e s s a i m i n g a t c u t t i n g r e s is t o t c e and c u t t i n g h ard n e s s fin d i n g a n o p t i m i z a t i o n p l a n t o g e t a d ata b a s e a f t e r t h e fin al o p t i miz a t i o n i n t h e e n d F i r s t t h e C A D s o f t w a r e i s use d t o c r e ate t h e m o d e l o f s a w t o o t h mi l l i n g c u t t e r s T h e n t h e s e m o d e l s are i n p u t i n t o t h e fin i t e e l e m e n t ana l y s i s s o f t w are l i k e D e f o r m 3 D t o s i mu l at e c u t t i n g p r o c e s s A t l ast t hes e c o n c l u s i o ns w i l l b e u s e d t o o p t i m i z e t h e s a w t o o t h m i l l i n g c u t t e r s p r o v i d i n g t h e o r e t i c al b asi s f o r t he r e s e a r c h o n t h e i n flu e nce s oft h e p r o c e s s e s ofm i l l i n g o n t h e m i l l i n g p e t f o r manc e s Ke y W o r d s Saw To o t h M i l l i ng Cut t e r M i l l i ng Num e r i c a l Si m u l at i o n n p 1 1h t r 1 H 1 嘈 H w 噶 t t t 1 1 1 1 1N 1 r 1 l 中图分类号 T H1 6 T G 7 1 4 文献标识码 A 1 引言 锯片铣刀是一种由碳 C 钨 w 钼 Mo 铬 O r 钒 V 等元 素组成的锯片 热处理后具有高热硬性 锯片铣刀主要用于铁 铝 铜等中硬以下金属材料窄而深的槽加工或切断 也可用于塑料 木 材等非金属的 铣削加工 广泛应用于机械 轻工 五金等行业 锯片 铣刀在进行切削的 过程中 由于受力 切削参数 外界因素以及自身 特点等原因 难免会断裂 严重的会飞出伤人 通过仿真 可以提前 预测加工过程 中锯片的受力变化 进给速度和切割速度的匹配等情 况 进而改善工况 避免发生事故 因此利用计算机软件进行金属切 削过程的模拟 具有重要的工程意 借助 D e ni m软件动态模拟 了锯片铣刀切断加工飞机蒙皮的过程 获得了锯片切削力及铣削 区域的温度等数据 为进一步研究锯片切割加工打下了基础 2锯片铣削方式及铣削力计算 锯片铣刀的特点是齿数较多 厚度薄 使用时对振动和拉伸 应力较敏感 但切口平整光洁度好 所以工业生产中常使用锯片 铣刀切割壁厚较薄的钣金类材料 比如飞机蒙皮 铝合金板件 铁 皮等 锯片铣刀分为圆锯片 割槽刀 圆盘刀 按材料又可分为高 速钢 硬质合金 采用 c T工艺的等多种类型 硬质合金锯片高温 下硬度高 HR C 7 5 8 O 耐磨性好 能承受更高切削速度 高速钢 韧性更好 在一些复杂难成型或者要求很锋利高韧性等场合用高 速钢 主要通过模拟切割 获得铝合金飞机蒙皮材料切割的工艺 来稿日期 2 0 1 1 1 1 1 7 k 基金项 目 陕西省教育厅项 目 2 0 1 0 J S 0 4 1 参数 以硬质合金材料的圆锯片切割为例进行模拟 锯片铣刀在 铣削加工中 根据其旋转方向和切削进给方向之间的关系 分为 顺铣和逆铣两种 顺铣的功率消耗要比逆铣时小 同时顺铣也更 加有利于排屑 所以应尽量采用顺铣法加工 以提高被加工零件 表面的光洁度 粗糙度不高于 3 2 1 m 保证尺寸精度 2 1锯片切割方式 根据锯片和切割蒙皮之间的位置 常见的切割方式有以下几 种 锯片沿竖直方向进行切割 沿水平方向切割 沿圆周方向切割 分别如图 l 图3 所示 顺切模型 如图4 所示 研究表面 为了降低 表面粗糙度 提高刀具耐用度 对于铝镁合金 钛合金和耐热材料尽 量采用顺铣力 I 3 2 研究锯片铣刀切断铝合金的过程 所以采用顺铣 法加工 以提高被加工零件表面的光洁度 保证尺寸精度 2 2铣削时圆周力的计算 飞机蒙皮是维持飞机外形 使之具有很好的空气动力特性 的一层铝合金 蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的 机身机翼骨架上 受力复杂 加之蒙皮直接与外界接触 所以不仅 要求蒙皮材料强度高 塑性好 还要求表面光滑 有较高的抗蚀能 力 采用顺铣进行模拟试验 试验工况如下 飞机蒙皮是一个完整 的形状 直径大概 5 m左右 如图 5中所示 蒙皮切割工况分析 如图6 所示 切割时 蒙皮固定 圆锯片相当于铣刀 高速旋转并 在其他装置的驱动下 沿导轨走过蒙皮等距线的形状 从而获得 蒙皮航向尺寸的要求 第 9期 2 0 1 2年 9月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c hi n e r y De s i g n Ma n u f a c t ur e 2 2 7 文章编 号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 2 0 9 0 2 2 7 0 3 大齿轮磨削加工在线检测系统对中方法分析 木 王鹏飞 张洛平 马 博 李恒鑫 2 河南科技大学 机电学院 洛阳 4 7 1 0 0 3 z 上海三一精机有限公司 工艺装备研究所 上海 2 1 5 3 0 0 An al y s i s o n On L i n e De t e c t i o n Sy s t e m o f Bi g Ge ar Gr i n d i n g Ma c h i n i n g Me t h o d W ANG P e n g f e i ZHANG Lu o pi n g M A Bo LI He n g x i n S c h o o l o f Me c h a t r o r fi c s E n g i n e e r i n g H e n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 C h i n a a S e i k i C o L t d S h a n g h a i S a n y I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y a n d Eq u i p me n t S h a n g h a i 2 1 5 3 0 0 C h i n a 摘要 大型齿轮在机械行业有着广泛的应用 随着大型齿轮加工制造水平 逐渐提高 同 时对齿 轮检测精度的要求也越来越高 传统的大型齿轮测量方法需 要对齿轮进行二次或多 次拆装 严重影响 了齿轮加工精度 而且传统测量还存在测量精度低和测量范围小等局限性与不足 已经不能满足大型 l齿轮高精度制造的要求 大型齿轮在线测量方法 操作可行 且易于实现 在不影响加工的前提下保证 了测量的准确性 设计了 在线检测的总体方案 分析了在线测量原理和校正对中方法 该技术的应用提 高了大型齿轮加工效率 保证了齿轮精度 具有一定的现实意义 l 关键词 齿轮 在线测量 齿厚 A b s t r a c t L a r g e g e ars are w i d e l y a p p l i e d i n t h e m a c h i n e r y i n d u s t r y A s t h e l a r g e gear ma n u f act u r i n g l e v e l h a s b e e n g r a d u a l l y i n c r e a s e d r e q u e s t s g e ars d e t e c t i n g p r e c i s i o n b e c o m e s h i g h e r a n d h i g h e r L ar ge i gear s h a v e t h e p r o m in e n t c h aract e r i s t i c ofb ig s iz e h e a v y w e ig h t a n d m o r e t e e t h L ar g e gea r s o f t e n n e e d s e c o n d o r m u l t ip l e d is ass e m b l i e s w i t h t r adit i o n al m e asu r e men t w h ic h s e r io u s l y ff e c t s 船 gear m ach i n i n g 一 c r a c y A n d t h P t r ad it i o z a l 1 3 r i n g m e t h d h a s e d eft c P c e a n d l i m i t i i n c l u d i n g t h e lo w 玎 le 口 一 f s u r e m e n t a c c u r a c y s ma l l m e asu r e me n t r a n g e and S O o n 1 t h a s n t s a t i s fi e d t h e r e q u i r e me n t s o fh i g h p r e c i s io n m a n u f act u r i n g o f l ar g e g e ar L a r g e g e a r o n l in e n t e a u r e m e n t m e t h o d s ar e e as y t o p r a c t ic e a n d r e a l iz e met h o d d o e s n o t f e c t t h e p r o c e s s i n g in t h e p r e m is e of e n s u r i n g t h e ac c u r ac y of t h e m e a s u r e e d e 一 s i g n s c h e me of l i n e d e t e c t i n z t r o d u c e d an d th e o n l i n e m e as u r e m e n t p r i n c ip l e a n d m e t h d of c o F r e e t i o n is a n a ly z e d T h e a p p l i c at io n oft h i s t e c h n o l o g y i m p r o v e s t h e gear p r o c e s s i n g ef fi c i e n c y a n d e n s u r e s t h e a c c u r ac y o f g e a r h h a s c e r t a i n P r 叫 如a l s i g n ifi c a n c e 1 K e y W o r d s G e a r O n L i n e M e a s u r e m e n t T o o t h T h i c k n e s s 索图分类号 T H1 6 T P 2 7 4 5 T G 6 1 文献标识码 A 1 引言 大型齿轮通常指直径大 模数大的齿轮 它广泛应厢 于交 通 冶金 采矿 机车等设备以及航天 火箭 导弹发射等部门 其 重要性不言而喻 目前世界上大型齿轮制造技术在不断提高 品 来稿 13 期 2 0 1 1 1 t 1 5 基金项 目 河南省重点科技攻关项 目 1 1 2 1 0 2 2 1 0 4 2 1 质合金的屈服极限 为 2 2 0 0 M P a 而加l 所用的刀具在 5 0 0步 1 0 0 0步 1 5 0 0步 和 2 0 0 0步 时所 受 最 大应 力 分 别 为 6 9 3 MP a 6 3 6 MP a 6 7 5 MP a 和 6 3 4 MP a 远小于碳化钨硬质合金的屈服极限 O s 在高速切削过程中 当刀具内部的最大等效应力 一 r 广一 材料的许用抗拉强度 时 会造成刀具弯曲和折断 因此 在 此工况 F 锯片所受 的应力符合强度要求 2 锯片在 5 0 0步 1 0 0 0步 1 5 0 0步 和 2 0 0 0 步时所受的应变分别为 7 o I x l O 7 5 9 x l 7 5 9 x 1 0 和 8 4 1 x 1 0 由此可以知道 锯片在模拟