双面多孔钻组合机床总体结构及多轴箱设计.docx

合肥工业大学
毕业设计翻译文献
设计题目:双面多孔钻组合机床总体结构及多轴箱设计
学生姓名: 周洋
学号: 20080429
专业班级:机械设计制造及其自动化08-3班
指导老师: 唐火红
院系名称: 机械与汽车工程学院
2012年02月12日
圆铣过程的力学和动态分析
摘要:
圆铣操作常用于模具型腔、缸膛和机器机身开孔,旋转轴上工具以加工进给速度绕着圆形轨迹运动,同时在x轴上逐步进给前进。这篇论文向我们展现了当刀具沿着圆周路径随时间变化运动时通过部分切割点切除机理的数学模型。自由振动切削力预测值和实验室的验证,通过考虑双向立铣刀振动建立这个动态分析过程的模型,立铣刀的振动稳定性通过频域和考虑到时间变化嵌入和导向因素基于时间有限元分析的数学建模。其结果的稳定性和实验结果相比较。[DOI:]
1 简介

圆铣常用于从工件上去除多余材料,如在发动机气缸上扩孔,模具上开腔,形成宽槽。如图一所示,铣刀在xy平面内按圆形轨迹运动在前进方向线性处理。这个过程随圆铣操作以一固定的余量按一恒定的轴向深度轴向插入工件在xy平面上完成。或者还有可能,当在绕圆周运动铣削圆孔时工具可能会在轴向上按螺旋线运动,当孔直径很大时对于单点钻孔操作的铣削的生产量是极为好的,当加速和振动不连续相比较而来的急转运动,因为进给运动持续进行,圆铣的持续会减小进给运动,此外,当加工材料采用航空抗热材料如钛合金,由于它减少了热应力,减少切削边沿和工件材料的接触处的时间能延长工具的寿命。
当刀具沿着圆周路径不断变化,工件和刀具的交点也不断变化,导致了切屑厚度和切削力方向随时间不断变化,这是一个具有双周期和由工具旋转及圆周路径运动延迟的过程,这个过程的时间变化导致了圆铣力学和动态变化不同于文献中的传统的铣削过程。
在过去,大量的研究者已经研究了立铣刀的动力学,目前很好解释没有振动的切削力的预测,立铣刀的动态分析在学术上也很好的报道了,尽管在准确预测振动稳定性方面这仍然还是未解决的问题。[文献3,4]通过建立重现切削模型和时域模拟建模来研究铣削的动态分析。Montgomery和Altintas[文献5]
准确的呈现了考虑到刀具余摆线的刚体运动及产生切屑的结构上的振动的时域动力学的动态分析。有Minis和Yanushevsky[文献6],Budak和Altintas[文献7],Davies等人[文献8],Davies等人[文献9]和Insperger等人[文献10]研究的铣削的动态稳定性。Minis和Yanushevsky[文献6]和Budak和Altintas[文献7]研究的在频域上的铣削稳定性。[文献11]研究了忽略工具跳出刀具、通过平均化随时间变化的切削系数和谐频周期的导向因素,他们通过线性化研究这个过程。Bayly等人[文献12,13]展现了数学方面的时间有限元分析模型通过分析建模这个过程的动态分析,这在时域模拟给出了更为接近的结果。
以作者最佳的知识,这篇论文首先致力于研究圆铣的力学方面和其动态分析,圆铣的力学分析在第二部分介绍,这部分,刀具和工件部分的交点建立模型和用于预测切削力。
切削厚度的振动影响在第三部分,在稳定性方面通过扩展Budak和Altintas[参考文献7]的稳定性理论来建立圆铣的模型,借助Bayly等人[文献12,13]的时间有限元分析在时域建立模型,这些预测通过与实验测量相比较,这篇论文就简要的贡献这些。
2 圆铣的力学
在圆铣中,工具的主轴转速n按照余摆线轨迹[文献5]在一个平面内以快进速度运动,由于圆铣的运动,切削径向宽度不断改变,这导致切削力随时间变化,切削力的变化导致了时间和工具位置取决于周期性的切削力,在图1中,这个过程被分为3个部分,瞬时入口区,稳定状态区,瞬时出口区,工具和工件交点的数学模型和自由振动切削力的预测和实验确认就呈现在这个部分。


工件和工具交会角度(Φst,Φex) (见图1),在圆铣过程中不断改变,为了预测切削力和排屑量,它必须估测,入角Φst和出角Φex通过工具和圆的位置的几何交点来估计,其交点不断随铣削而变化,工件和之前工件路线的轨迹点坐标p由当前圆轨迹中心o测量,其表达为(见图1):

工件上下界限给出如下:

工件的宽度是y=b1+b2,在工件坐标系中,从正(yc)轴法向到加工面,正(xc)轴顺时针方向测量的入角φ。例如当切削的上表面宽度少于槽的半径(b1<Rs),工件也许会是0度的入角,如图一所示。当工具进入工件在点Pen,在瞬态时工具的入角会接近0度,但出角会变化当随着工具中心和圆交点坐标改变θ=θ(t),通过代入式2到先前轨迹方程式1中,先前工具路线和工件界限的交点可以