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在切削加工领域中,铣削加工以其高效、应用范围广的特点而一直占居着十分重要的地位。铣削力作为表征铣削过程的重要物理参数之一,对其研究一直是学者们研究金属切削机理的重要方法。由于铣削力随铣削过程的进行和时间的变化对工件已加工表面质量和刀具的磨损等有着直接的影响,如何准确而快速地对铣削力做出预报,对于铣削加工过程中铣削参数的选择和铣削设备设计参数的确定都有着十分重要的意义。特别是近年来随着高速铣削技术的快速发展,并在汽车、模具制造、航空航天、军事工业等高技术领域方面得到了更为广泛的应用,使得高速铣削机理的研究受到更加广泛的关注。本文以铣削力为研究对象,采用有限元分析和试验相结合的方法,对铣削力和高速铣削技术进行研究。
利用ABAQUS有限元仿真软件,建立了铣刀和工件的有限元模型;通过对铣刀的模态分析,得到了实际加工中刀具共振的规律。对铣削过程中切屑和铣削力进行了动态仿真分析,并通过有限元模型实现了铣削力的预测,可有效减少实际试验研究的时间和成本,提高工作效率。
对高速铣削中铣削力进行了系统的试验研究。在HAAS-VF1高速加工中心上,采用立铣刀对LY12硬铝、45#钢、以及1Cr18Ni9Ti不锈钢等材料进行铣削试验,运用数理统计的方法,分析了铣削力随铣削深度αp、铣削宽度αw、每齿进给量fz和铣削速度v的变化规律。试验结果表明,铣削深度和每齿进给量对铣削力的影响最为明显,铣削45#钢时,随着铣削速度的增加,铣削力具有明显的下降趋势。在此基础上,利用最小二乘法拟合原理获得了单因素和多因素条件下高速铣削力的经验公式,利用相关性检验的方法验证了公式的有效性。
通过铣削力仿真结果和试验结果的对比分析,发现二者具有较好的一致性和变化趋势,依据试验结果对铣削有限元模型进行了修正,修正后模型的最大预测误差不超过14%,这对高速铣削力的研究具有很好的参考价值。