减振面铣刀cad

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1、：帕差clll减振面铣刀CAD系统开发T．1I查竖张日水王满元(石采庄铁道学院)暗尔蒹1矗公路工程址)(暗尔嘉科学技术大学丁Pf'7文^摘要在综合分析端面铣削动态过程的基础上，运用不等齿距面铣刀减振理论、现代优化设计方法和CAD技术开发了新型面铣刀CAD软件包．从而实现了不等齿距面铣刀齿问角优化设计和绘制铣刀图一体化，提高了设计效率．该种新型减振面铣刀的切削性能优于传统的等齿距面铣刀，时提高工件的加工质量、刀具寿命和减振降噪都具有较明显的艘果．萎分类号碍TG7龋14TP39172C且⋯跪．由于可转位减振面铣刀设计过程复杂，设计参数及尺寸系列较多，而且结构种类也不统一，用传统的设

2、计方法设计周期长精度低，已不能满足现代生产发展的需要，因此，我们开发了新型减振面铣刀CAD软件系统(以下简称MCAD系统)，从而实现了不等齿距面铣刀齿间角优化设计和绘制铣刀图一体化，使新型减振铣刀系列真正应用于生产实践中，提高了生产效率．1系统的构成和功能MCAD软件是在综合分析端面铣削动态过程的基础上，采用不等齿距面铣刀减振理论、现代优化设计方法及CAD技术，实现不等齿距面铣刀优化设计和绘制铣刀图一体他的软件．这种新型减振面铣刀的切削性能优于传统的等齿距面铣刀，对于提高工件的加工质量，提高刀具寿命和减振降噪都具有较显著的效根据软件工程学和结构化程序设计方法，CAD系统的应用软

3、件也是由若干功能模块、程序模块和子系统组成每一模块规定了相应的任务．MCAD软件共有4个模块：不等齿距面铣刀齿问角优化设计模块、绘制面铣刀铣削力频谱图模块绘制面铣刀各铣刀图模块和面铣刀切削角度转换模块．MCAD软件的功能可归纳为：1)通过输入已知的有关数据(如齿数z、直径D等)，利用建立的优化设计模型，对面铣刀的齿间角进行优化设计，使之达到减振降噪、提高工件加工质量和刀具寿命的设计目标；2)对一定直径面铣刀的齿问角，经过对面铣刀动态铣削力的计算机模拟再通过FI变换，绘制出面铣刀铣削力的频谱图；从而为鉴别计算矶优化设计出的面铣刀齿间角的优劣提供判别依据；{12哈尔滨科学技术大学学

4、报第20卷3)选用AutoCAD软件包作为绘图支撵欺件，绘制碱振面铣刀匿，从而实现了优化设计面铣刀齿间角和绘制铣刀图一体化：4)通过建立面铣刀几何参数转换模块，可以很方便地解决面铣刀几何参数之间的相互转换，从而为铣刀图中的尺寸标注提供了方便．MCAD系统的结构图见图12不等齿距面铣刀优化设计理论分析和试验结果表明，不等齿距面铣刀除具有较明显的减振降噪功能外，它的晟大优点是结构简单，便于制造，在保持传统面铣刀结构基本不变的前提下，仅需将面铣刀刀齿的分}_-绘囤模块匡篓配规律加以调整，即可在原有的生产条件下生产新型刀具，但是，并非将多齿铣刀随意做成不等齿距面铣刀，就能达到满意的减振

5、降噪效果，只有在全面分析动态端面铣削的基础上，建立符合实际的铣削力模型，并根据一定的设计准则，采用优化设计的方法，才能获得较理想的刀齿分配规律．2．1优化设计方法在受迫振动的条件下，机床和刀具间的相对振动可以用下式表示sR)=∞)。su)(1)通用型不等齿距面铣刀，由于不同直径可以在相同类型的任何机床上使用，因而得到了广泛的应用．在设计通用型不等齿距面铣刀对，机碱结构系统的确切频率特性)是未知的，根据统计学的观点，可以假设在各种频率下，对系统响应均为一常数，即∞)=常数(2)欲使刀具相对工件的振动振幅(为最小，根据(】)式的关系可知，只有选择合理的齿间角，调整激振力的频谱)，才

6、能使』∞)在所有的频率下尽可能小，即)的频谱图尽量平坦．根据上述的设计依据，通用型不等齿距面铣刀的设计过程可以概括地描述为：在一定的加工条件下，赋予铣削力模型一组齿闻角数值，对铣削力进行傅垦叶变换求出铣削力幅值谱，观察其幅值谱是否达到预期的平坦性要求，如此循环，直到满意为止．通过对比，MCAD欺件采用约束随机方向法进行齿间角优化设计，设计可靠，节省内存，精度较高，能满足设计要求．2．2优化目标函数目标函数是比较和选择不同设计方案的指标，在设计通用型不等齿距面铣刀时，获得尽量平坦的铣削力幅值谱作为评价设计方案的指标．通过对几种目标函数的对比，MCAD软件采用加权组合法，综合考虑平

7、行于加工平面中的两个切削分力P和P．，从而将多目标优化问题转化为单目标的优化设计问题，并采取控制幅值谱中最大幅值的措第l期李辉等：减振面铣刀CAD系统开发13施，以达到铣削力幅值谱尽量平坦的要求．为了建立目标函数，设A为某个方向铣削分力幅值中，从基频开始到Ⅳ次谐渡的一组幅值谱的集合，即A={C、，⋯C}与尸I．只两方向的铣削分力所对应的幅倬A，分别记为，4．，4如果有m组齿间角排列各异的方案可以选择时，用表示其中任意一组．此时相应的与变成为与，4．若令尸及只为两个加权因子，则目标函数可表示为