基于有限元法的微径铣刀变形分析.pdf

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1、第5期组合机床与自动化加工技术No．52012年5月ModularMachineTool＆AutomaticManufacturingTechniqueMay．2012文章编号：1001—2265(2012)05—0001—05基于有限元法的微径铣刀变形分析术张涛，刘战强，许崇海(1．山东大学机械工程学院，济南250061；2．山东轻工业学院，济南250353)摘要：文章基于有限元法建立了微径铣刀的欧拉悬臂梁结构动力学模型，求解了不同刀头直径，不同刀头长度和不同刀柄组合的微径铣刀的固有频率，可知随着悬伸长度的

2、减小，固有频率表现出明显的尺度效应。通过计算微径铣刀的振型及变形得知，当悬伸长度相同时，在静态作用力下，随着刀头直径的减小，刀具变形增大；在动态作用力下，刀具变形对微径铣刀的铣削频率和固有频率的平方较敏感，铣削频率离微径铣刀的固有频率越近，刀具变形越大。微径铣刀的动力学变形分析有助于研究微细铣削力、合理选择微细铣削参数、提高铣削过程稳定性，从而获得良好的加工质量。关键词：有限元法；固有频率；振型；变形中图分类号：TH165；TG506．1；TP391．9文献标识码：AAnalysisofMicroDiamet

3、erMillingCuttersDeflectionBasedonFEMZHANGTao，LIUZhan—qiang，XUCong—hai(1．SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China；2．SchoolofMechani—cal&AutomotiveEngineering，ShandongPolytechnicUniversity，Jinan250353，China)Abstract：Astructuredynamic

4、sfiniteelementmodelofmicrodiametercutterisestablishedbasedontheEulercantileverbeaminthearticle．Naturefrequenciesofdifferentdiametersofcuttingpartwithdiffer—entlengthofcutterandshankarecalculated．Frequenciesincreaseswiththeoverhanglengthofmicro—millingcutter

5、，whichshowsasizeeffectphenomenon．Modesanddeflectionarecalculated．Thestaticdeflectionincreaseswhenthecutterdiameterdecreaseswiththesameoverhanglength；theamplitudeissensitivetofrequencies’squareitemsofmicromillingcutterinthedynamiccondition．Thedeflectionwithd

6、ynamicforcebecomesbiggerwhenthemillingfrequencyisclosetothenaturefrequency．Thisa-nalysisofdynamicaldeflectionofmicro-millingcutterprovidesabasisforstudyingthemicromiUingforce，selectingthecuttingparametersofmicro—milling，andimprovingthestabilityofmillingproc

7、ess，obtainingbettersurfacequality．Keywords：finiteelementmethod；naturalfrequency；vibrationmode；deflection也在研究中。尺度效应指变量随着自变量减小呈O引言现出逐渐增大趋势。通常微径铣刀的刀头直径都在模态是结构的固有振动特性，每一阶模态具有500I~m以下，目前刀头直径为101zm的铣刀在生特定的固有频率、阻尼比和模态振型。微径铣刀的产中已得到应用，实验室已研制出刀头直径为7m动态性能是微细铣削过程中最活跃的因

8、素，Martin的微径铣刀，在这样微小尺寸条件下，微径铣刀的B．G．Jun_】和SinanFiliz。采用Timoshenko悬臂梁固有频率会发生复杂的变化，导致振型也发生变化。模型分析了微径铣刀的固有频率和振型等模态参研究微径铣刀的固有频率、振型和变形有助于在铣数。微径铣刀的铣削频率等于铣刀转速和齿数的乘削加工中避开微径铣刀的固有频率、合理选择切削积。在微细铣削中为了获得较高的加工速度，微细工艺参