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计算机模拟技术支持的微型铣削刀具研发

日期: 2010-04-27    来源:刀具商务网

图1 目前所用微型铣刀中的同一个不足之处是:圆跳动精度不够高

  微型铣刀经常出现的问题是径向同轴度误差大于每齿进给量,造成的后果是微型铣刀切削时的切削力明显增大,刀具的磨损加剧和加工稳定性降低。基于这些原因,人们开始利用FEM模拟软件对微型铣刀的几何参数进行优化设计、制成样品并试验验证。

  实践表明:目前所有的微型铣刀在不断增加的微型化应用中都已达到了极限。其明显的信号就是:微型铣刀只能在一定程度上承受切削力,形成有效的切削,而且生产过程中其他的一些影响因素也具有越来越重要的意义。例如,微型铣刀对装夹时的偏心比大型铣刀敏感。当微型铣刀的尺寸进一步减小时,则会给微型铣削过程带来严重的负面影响。

  目前所用微型铣刀中的同一个不足之处是:圆跳动精度不够高(图1)。之所以如此,一方面是因为微型铣刀加工时所要求的转速太高;另一方面,总的圆跳动误差是由导杆、夹具和微型铣刀本身三方面的圆跳动误差累计起来的总和。尤其是在总的圆跳动误差(也就是所谓的切削刃偏移)超过了每齿的进给量。在这种情况下,一个两齿的铣刀可能就只有一个齿在切削,这种超负荷能够明显的缩短微型铣刀的使用寿命。为了能够有效解决这个问题,人们利用计算机模拟技术专门研发了一种微型的单齿铣刀,它是一种能够规定每齿进给量的微型铣刀。

图2 不同几何结构的微型铣刀的机械性结构模拟对比

  作为微型铣刀结构优化的工具,人们选择了Abaqus公司的FE软件Abaqus。利用这款软件对不同几何结构的微型铣刀负荷状况进行了模拟分析,对不同几何结构的单齿微型铣刀的应力分布和能够承受的最大跳动进行了比较。对比试验时,使用的微型铣刀直径为300μm。三种不同的结构形式如图2所示。每个铣刀的变形形式都进行了多次模拟试验,以便使模拟尽可能的接近生产实际。首先是对微型铣刀偏心部分质量的离心力和刀具的转速进行了试验,随后对微型铣刀切削时的切削力进行了模拟,即对主后刀面、副后刀面和前刀面各自的受力情况进行了模拟分析,最后对它们形成的合力进行了分析。在进一步的模拟试验中,还考虑了离心力和切削力综合作用的结果。为了保障由切削力引起的应力能够准确的反应在切削区域内,在主切削刃、副切削刃和前刀面处还制定了更加细致的用于有限元应力分析的网格(图3)。

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