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学兔兔
可 转 位 数 控 车 刀 的 有 限 元 优 化 设 ~-I-
口 余 谧
上海电机学院 上海 200093
摘 要:运用Pro/Mechanica有限元分析模块,结合Pro/E强大的参数化功能和Pro/Mechanica高效的灵敏度分析
方法,对可转位数控车刀进行可行性优化设计。进一步提高了数控刀具的开发效率,对生产实践有着重要的指导意义。
关键词:Pro/Mechanica 可转位车刀 全局灵敏度 优化设计
中图分类号:TG712;TP391 文献标识码:A 文章编号:1000—4998(2010)06—0060—03
新产品的研发,按照传统的设计理念往往要经过
设计、样机试制、工业性试验、改进定型和批量生产等
几个阶段。然而如果产品不满足设计要求,首先必须确
定机构中某些相关零件的技术性能,然后找出那些需
要修改的零件 ,找到那些对机构技术性能影响程度较
大的几何尺寸,从而获取各零件合理的结构参数以保
证机构的准确运行,最终在众多的设计方案中获取最
优的解决方案。对于上述解决问题的方法,在传统的设
计过程中,通常依靠设计者通过大量计算和丰富的设
计经验来完成 ,这对普通设计者来说是相当困难的。
Pro/Mechanica提供了简单可行的分析方法,将工程领
域中广泛应用的有限元分析方法与 CAD技术相互集 跃,刀具的切削性能有显著的提高;切削技术实现了由
成,共同实现“设计 一评价 一再设计”的自动化,提高了 传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃,大大提高了
设计的精准度和效率。 切削加工的效率。切削刀具从低值易耗品过渡到全面
本文运用该软件对可转位数控车刀的刀柄和刀片 进入“三高一专”高效率、高精度、高可靠性和专用化的
进行有限元分析,分析其在切削合金结构钢时的应力 数控刀具时代。
和应变,同时求解出在满足一定强度条件下刀具前角 在切削过程中,有大小相等、方向相反、分别作用
和后角的最优值。 在刀具和工件上的力,这个在切削运动过程中所产生
的力,称为总切削力。如图2所示总切削力 F叉可分为
1 Pro/Mechanica的有限元优化设计
与切削速度方向一致的切削力 、进给力 一和背向
Pro/Mechanica Structure模块是集静态、动态结构 力 。总切削力 F与各分力关系以及三分力之间的粗
分析于一体的有限元分析模块,其分析任务分为两类, 略关系如下方程所示:
第一类是模拟真实环境为模型施加约束和载荷,测算 {F 、F F Ft
其应力、应变、位移等参数 ,实现静态、翘曲、疲劳、频 { =(0.15~0.7) (1)
率、振动等分析;第二类是通过制定设计参数,在给定 n=(O.1~0.6)
的变化范围内进行灵敏度分析,并借助可行性优化分 分析方程式可知 ,切
析为模型寻求最佳参数。Pro/Mechanica的集成工作模 削力 是切削分力中最
式能直接调用建模参数进行优化分析,其工作流程如 关键的力,常用工件材料
图1所示。以下就可转位数控车刀的优化设计为例,阐 的切削层单位面积切削力
述 Pro/Mechanica有限元分析模块的特点。 来计算。切削层单位面积
1.1
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