铣削加工过程的稳定性仿真及有限元研究

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1、西南交通大学研究生学位论文铣削加工过程的稳定性仿真及有限元研究年级二OO四级姓名李志刚申请学位级别工学硕士专业指导教师机械电子工程王国志副教授二oo七年四月西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要由于铣削加工的重要性，铣削过程中稳定性的研究一直是制造行业关注的热点．但是，由于铣削加工过程的复杂性和非线性，很难对其进行解析研究．随着计算机仿真方法的发展，使铣削加工过程的数字仿真和有限元模拟成为现实。本文将结合Matlab／Simulink数值仿真和DEFORM一2D有限元模拟切削两中研究方法，对铣削过程进行仿真模拟，力

2、图找到影响铣削加工质量特性的影响因素。根据再生颤振理论，建立了两自由度铣削加工过程的动力学模型．在Matlab／Simulink仿真平台上，以面铣为研究对象，采用变步长数值积分算法(四阶Runge-Kutta算法)对动态铣削过程进行了时域仿真研究．得到了在不同切削参数下，铣削系统的力，位移和加速度等特性曲线，分析了切削参数如径向切削深度、系统阻尼比、切削刚度系数对铣削稳定性的影响。仿真结果表明，所建模型合理有效，能正确反映出动态铣削加工过程．根据金属切削的特点，分析了有限于模拟过程中的网格重划分技术和有关剪切角的计算

3、方法。建立二维金属切削的正交有限元模型，对有限元模型材料进行选择，网格划分，边界条件等方面进行了分析。这些将直接影响模拟计算的精度．本文选择无涂层的硬质合金刀具对45#钢进行切削仿真研究，通过对切削过程的有限元模拟，分析了表面速度、切削深度、刀具前角和刀具结构等切削条件对切削过程中的切削力、切削温度和等效应力的影响．论文的研究结果表明，铣削过程参数对加工质量、切削效率都有很大的影响。数值仿真和有限元模拟的结合在研究金属切削的过程中起到了很重要的作用。关键词：铣削；振动；数值仿真；有限元西南交通大学硕士研究生学位论文第

4、1I页AbstractMillingisaveryimportantmachiningmethod．SOthestabilityofthemillingprocessisstillthehot-topicsofthemanufacturing．Butmillingprocessisverycomplexandnon-linear,itishardtoanalysethisprocess．Asthedevelopmentofthecomputersimulationscience，thenumericalsimulat

5、ionandthefiniteelementanalysingthemillingprocesshasbecometrue．UsingtheMatlab／SimulinkandDEFORM-2D，twodifferentsimulationway,makethesimulationofthemillingprocess,tryingtof'mdouttheinfluencefactorsofthemilfingquality．Basedontheregenerativevibrationtheory,setsuptw

6、odegreefreedomdynamicsmodelforthemillingprocess．UsingtheMatlab／SimulinkplatformandfourraIlkRunge-Kuttaarithmetic,dothenumericsimulationoftheend-milling．Underthedifferentcuttingparameters，getsthecuttingforce,displacement，acceleration．Analysinghowthecuttingdepdth

7、、thesystemdampandthestiffnesseffectonthemillingprocess．Alsoanalysinghowthedifferentparameterseffectonthemillingstability．Thesimulationresultsindicatethatthemodeliscorrectandthesimulationiseffective．Basedonthemetalcutting’Scharacteristic，the鲥ddingreplotingandthe

8、shearanOeareanalysedandthefiniteelementmodelissetup．Themetalplasticitydeformingtheoryisanalysed．Choosingthemodelmaterial,definingthe鲥danddefingtheboundarycondition,thesewill