可转位车刀受力ANSYS分析.doc

第一章 引言 1.1本课题研究的意义 随着计算机技术和计算方法的发展，负责的工程问题可以采用离散化的数值计算技术并借助计算机得到满足工程要求的数值解。数值模拟技术是现代工程学形成和发展的重要推动力之一。 目前，在工程领域应用最广泛的数值模拟方法是有限元法，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据和有效手段。 ANSYS能对有效的模拟可转位刀具的受力分析，选择合理的刀具结构、几何参数及切削用量参数是提高其切削性能的重要因素，国际生产研究会（CIRP）的一项研究报告指出：“由于刀具材料的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高一倍；而由于刀具结构和几何参数的改进，刀具使用寿命每隔十年几乎提高二倍”。由此可见，选择合理的刀具几何参数的重要性，所以利用相关软件进行直接模拟优化结构、几何参数有其及其重要的现实意义。此外，在生产中，切削用量的合理选择是一个很重要的问题，它与生产率、加工成本、利润和加工质量等有着密切的联系，所以根据刀具最低有效应力标准来优化切削用量可以达到最优的经济技术指标，具有可观的经济效益。 基于有限元的方法来对刀具的应力应变进行分析进而得出刀具的最佳几何参数一直是研究的热点。该方法利用基于有限元的数值模拟技术，在计算机上通过建立有限元模型、输入材料性能参数、加载、计算来真实地模拟出切削的整个过程，从而可得出切削区及刀具中的应力应变的变化。在此基础上分析不同几何参数下刀具的应力应变分布，进而选取合理的优化标准，并结合刀具材料的性能特点，设计出较合理的刀具结构及几何参数。 因此，随着新型刀具材料的发展，明确切削力和刀片夹紧力在刀片和刀槽之间接触表面上的分布情况是非常重要的，这样就更有利于刀片和刀具的设计，以便防止塑性变形和疲劳破损的产生，确保刀片和刀具的性能。 随着CAE技术的发展，应用有限元方法进行车削过程仿真分析，可以研究切削的流动状态、刀具-工件的车削应力-应变状况和温度场分布状态等，研究的结果对车削过程的优化起到一定的作用。但就目前的研究状况看，实用的方法大多具有一定的局限性： (1) 目前基于有限元模拟的车削过程大多采用二维有限元模型，但实际上刀具-工件的整个作用过程是三维、空间、立体的； (2) 许多有限元模拟工作基于简化处理后的车刀几何结构，座了一些理想化处理，因而在一定程度上限制了仿真结果对实际加工的预测和指导意义； (3) 对硬质合金可转位刀具而言，根据其实际加工状况，该刀具刀片的前刀面上实际承受的式分布载荷，但以往多数采用静力等效集中载荷法或弹性理论极坐标通解法来处理前刀面上分布载荷，往往很难得到与实际相符的计算结果。 基于此，本文在充分考虑硬质合金可转位车刀几何参数及刀片-工件实际作用状况的基础上，主要对整个切削过程的力学特性进行了深入研究，分析处于实际加工状态的硬质合金刀具的应力、应变状况，为该刀片的优化设计提供了一定的理论依据。 第二章 可转位车削刀具 2.1可转位外圆车削刀具结构 2.1.1 可转位刀具的概述 机夹可转位刀具是将有合理的几何参数、断屑槽形、装夹孔和具有多个切削刃的多边形刀片用机械夹固的方法夹持在刀杆，一般由刀片、刀垫、夹紧元件和刀体组成”。当在使用过程中一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用。刀片——承担切削，形成被加工表面； 刀垫——保护刀体，确定刀片位置； 夹紧元件一一夹紧刀片及(或)刀垫； 刀体——刀体及(或)刀垫的载体，承担和传递切削力及切削扭矩，完成刀片与机床的联接。 可转位刀具切削效率高，辅助时间少，所以提高了工效，而且可转位刀具的刀体可重复使用，节约了材料和制造费用，促进了刀具技术的进步。可转位刀片的出现，基本上解决了刀杆材料大量浪费和贵重的硬质合金材料可以回收的问题。但这种可转位刀片，其几何角度仍按加工对象的材料性质和加工要求等所确定，从而限制了刀杆、刀片的通用性。刀垫结构，可使刀片的支撑刚性增加，保护了刀杆。但由于刀垫的前角Y o垫和刃倾角入s垫均为O。，它与刀片配合使用时，刀片主刃上的切削角度没有变，一旦工件材料或加工要求变动时，这种结构便不能适应。 2.1.2 可转位刀片设计的基本要求 可转位刀片设计的基本要求： (1)在同一刀片上，要有尽可能多的切削刃供转位使用，以提高可转位刀片的利用率； (2)要有一定的制造精度，保证可转位刀片完全互换；尽量简化或有利于刀片在刀具上的定位与夹紧； (3)要有足够的强度，以承受切削时产生的切削力及冲击、振动等，在此前提下，刀片体积尽量小，以求经济性好： (4)各切削刃要具有相同的几何参数，保证转位或更换刀片后的切削效果不变。车刀片的断屑(卷屑)性能好； (5)尖刀刃切削加工时位置的可达性要好； (6)保证上述要求