直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)

1、直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析1. 直齒圓柱銑刀模型直齒圓柱銑刀模型2. 銑刀逆銑的運動分析銑刀逆銑的運動分析3. 銑刀模態(tài)分析銑刀模態(tài)分析4. 銑削切入過程的銑削力仿真銑削切入過程的銑削力仿真5. 銑刀應(yīng)力分析銑刀應(yīng)力分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析1. 直齒圓柱銑刀模型直齒圓柱銑刀模型 在木材加工中，銑削加工所占比例最大，在木材加工中，銑削加工所占比例最大， 小直徑小直徑柄銑刀應(yīng)用廣泛。直齒圓柱柄銑刀如下圖所示：柄銑刀應(yīng)用廣泛。直齒圓柱柄銑刀如下圖所示： 直徑直徑D=6.25mm， 切削厚度即刀片寬度切削厚度即刀片寬

2、度H=20mm。 2. 銑刀逆銑的運動分析銑刀逆銑的運動分析 圖中圖中h表示銑削的深度，表示銑削的深度，A為銑削軌跡上任意點，為銑削軌跡上任意點，B為為A在銑刀切削圓上的對應(yīng)點。銑刀繞定軸在銑刀切削圓上的對應(yīng)點。銑刀繞定軸O以以角速度角速度做等速旋轉(zhuǎn)，此為銑削的主運動，設(shè)銑做等速旋轉(zhuǎn)，此為銑削的主運動，設(shè)銑刀端點的線速度為刀端點的線速度為V=20m/s；工件相對銑刀的運動；工件相對銑刀的運動稱為進給運動稱為進給運動U，此處采用每齒進給量為，此處采用每齒進給量為Uz=1mm。銑削運動為主運動和進給運動的合成。當進給運動銑削運動為主運動和進給運動的合成。當進給運動為等速直線運動時，切削運動的軌跡為

3、擺線，逆銑為等速直線運動時，切削運動的軌跡為擺線，逆銑時切削軌跡上任意點時切削軌跡上任意點A在圖在圖4所示所示xOy坐標系下的方程為：坐標系下的方程為： 圖圖4 4 圓柱銑刀切削軌跡圓柱銑刀切削軌跡ZAUDxsin2)cos1 (2DyA實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析2. 銑刀逆銑的運動分析銑刀逆銑的運動分析理論分析理論分析A點的運動軌跡點的運動軌跡實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析2. 銑刀逆銑的運動分析銑刀逆銑的運動分析運動仿真運動仿真在三維坐標平面內(nèi)，切削刃端點的空間運動軌跡曲線下圖所示在三維坐標平面內(nèi)，切削

4、刃端點的空間運動軌跡曲線下圖所示 ：仿真分析仿真分析A點運動軌跡點運動軌跡實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析2. 銑刀逆銑的運動分析銑刀逆銑的運動分析運動仿真運動仿真實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析3. 銑刀模態(tài)分析銑刀模態(tài)分析 對直齒圓柱銑刀進行模態(tài)分析可以得到銑刀的固有振動頻率和振型對直齒圓柱銑刀進行模態(tài)分析可以得到銑刀的固有振動頻率和振型直齒圓柱銑刀的夾持相當于固定端約束，因此將刀柄外端面設(shè)為全約束。直齒圓柱銑刀的夾持相當于固定端約束，因此將刀柄外端面設(shè)為全約束。 實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒

5、圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析3. 銑刀模態(tài)分析銑刀模態(tài)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析4. 銑削切入過程的銑削力仿真銑削切入過程的銑削力仿真 高速切削是木材加工的特點，銑削過程中銑刀的回轉(zhuǎn)速度多在高速切削是木材加工的特點，銑削過程中銑刀的回轉(zhuǎn)速度多在3000r/min以上。高速銑削使木材加工有高生產(chǎn)率和光潔的表面質(zhì)量，以上。高速銑削使木材加工有高生產(chǎn)率和光潔的表面質(zhì)量，但是也帶來了一些實際問題。特別是當小直徑銑刀以順銑方式加工硬但是也帶來了一些實際問題。特別是當小直徑銑刀以順銑方式加工硬度很大的木材工件，切削厚度的變化是由厚到薄，剛剛切入時對刀齒度很大

6、的木材工件，切削厚度的變化是由厚到薄，剛剛切入時對刀齒的沖擊很大，瞬間產(chǎn)生的接觸力很容易引起銑刀的磨損甚至崩刃。的沖擊很大，瞬間產(chǎn)生的接觸力很容易引起銑刀的磨損甚至崩刃。 銑削系統(tǒng)仿真模型銑削系統(tǒng)仿真模型銑削的刀齒是間斷地銑削的刀齒是間斷地 ，因此銑削力也是間斷的因此銑削力也是間斷的實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析4. 銑削切入過程的銑削力仿真銑削切入過程的銑削力仿真 在銑刀與木材工件之間設(shè)置接觸碰撞關(guān)系以獲得銑刀切入時的瞬時碰撞在銑刀與木材工件之間設(shè)置接觸碰撞關(guān)系以獲得銑刀切入時的瞬時碰撞力，并用此瞬時碰撞力模擬銑削時的切削力。切削力的水平分力與進給運

7、動力，并用此瞬時碰撞力模擬銑削時的切削力。切削力的水平分力與進給運動同向，用同向，用Fx表示。表示。 銑刀旋轉(zhuǎn)速度為銑刀旋轉(zhuǎn)速度為9103r/min，直線進給速度為，直線進給速度為0.15m/s的銑削過程中水的銑削過程中水平分力平分力Fx 的變化曲線如圖：的變化曲線如圖：實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析4. 銑削切入過程的銑削力仿真銑削切入過程的銑削力仿真實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析實例：直齒圓柱銑刀銑削運動和結(jié)構(gòu)分析5. 銑刀應(yīng)力分析銑刀應(yīng)力分析 圖圖5-a為銑刀受到為銑刀受到9.045103N的沖擊載荷下應(yīng)力云圖。從圖中可以看到，的沖擊載荷下應(yīng)力云圖。從圖中可以看到，銑刀最大應(yīng)力為銑刀最大應(yīng)力為420MPa。圖。圖5-b為銑刀受到為銑刀受到1.3225104N的沖擊載荷應(yīng)力云圖。的沖擊載荷應(yīng)力云圖。從圖中可以看到，銑刀最大應(yīng)力為從圖中可以看到，銑刀最大應(yīng)力為566MPa?？梢钥吹剑姷掇D(zhuǎn)速越高，銑刀?？梢钥吹?，銑刀轉(zhuǎn)速越高，銑刀刀齒內(nèi)部應(yīng)力越大。而木材的實際加工過程也反映出，主運動速度（銑刀或工