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盤形可轉(zhuǎn)位大模數(shù)齒輪銑刀在切削過程中，會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，導(dǎo)致刀體變形甚至破損。刀體的刀槽側(cè)壁是刀片的主要定位面，也是切削時的主要受力面，其強(qiáng)度及變形直接影響銑刀的壽命，因此需要對刀體受到切削力載荷時的強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，校驗銑刀的安全性，本研究采用有限元法建立銑刀的三維數(shù)字模型，然后利用有限元軟件進(jìn)行分析計算。
I-DEAS軟件集三維實體造型設(shè)計、工程分析、仿真、實驗、制造和工程管理等各種功能于一體，可根據(jù)銑刀的廓形及用戶需求的銑刀結(jié)構(gòu)建立其三維模型，由于后續(xù)操作僅需一組刀片槽(兩側(cè)各一個頂刃刀片槽和一個圓周刀片槽)，因次只律立一組刀片槽。
刀體材料為42CrMo，其屈服強(qiáng)度為930MPa，抗拉強(qiáng)度為1080MPa。刀體上刀片槽分為頂刃刀片槽和圓周刀片槽，其切削寬度、深度等參數(shù)均有差別，因此其受力也不相同。這里選取同時參與切削的一組刀片槽進(jìn)行分析，也就是取兩側(cè)各一個頂刃刀片槽和各一個圓周刀片槽。
銑刀的受力計算按照加工方式較為接近的進(jìn)行計算，銑刀類型選擇盤銑刀，工件材料為碳鋼，應(yīng)用硬質(zhì)合金銑刀切削力的計算經(jīng)驗公式計算。
由于銑刀切削刃在各點的銑削深度a和銑削寬度e均為變化值，為了便于計算，銑削深度。按刀片參與切削部分平均深度值近似計算，即圓周齒的銑削深度a，按銑刀外徑到搭接點的平均深度值近似計算，側(cè)齒的銑削深度。按刀片全長去掉一個搭接長度和安全量平均深度值近似計算。同樣，圓周齒的銑削寬度a按工件廓形深度進(jìn)行計算，側(cè)齒的銑削寬度a。按銑刀最大外徑減去側(cè)齒刀片中間點的深度進(jìn)行計算。這樣，銑削深度I和銑削寬度a，P均可視為常量，材料為碳鋼時K、取1，為常量，兩處刀片的K值均近似取1.23，也視為常量，另外，式中的d也為常量。由文獻(xiàn)可知，前角系數(shù)K，在前角的變化量為11。
隨著每齒進(jìn)給量f的值變大，切削力F的值變大，隨著轉(zhuǎn)數(shù)n的值變大，切削力F的值變小，并且，每齒進(jìn)給量f的值變化對切削力F的值變化的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)數(shù)n的值變化對切削力F的值變化的影響程度。因此，這里將轉(zhuǎn)數(shù)n的值設(shè)為固定常量，并取較低的值60 r/min將每齒進(jìn)給量關(guān)的值設(shè)為由0.1-0.5mm之間的變量，分別對刀體施加載荷進(jìn)行分析。
由于涉及的是線性靜力學(xué)分析，在I-DEAS軟件中可采用傳統(tǒng)的H方法，亦可以采用P方法，由于P方法具有不需重新構(gòu)造網(wǎng)格，以較少的用戶交互即可達(dá)到較高精度的優(yōu)點，所以這里采用P方法進(jìn)行分析。根據(jù)前面計算出的基礎(chǔ)條件，將約束和載荷施加于刀體，并劃分網(wǎng)格。利用I-DEAS的Simulation(仿真)模塊中的Boundary Conditions(邊界條件)子模塊內(nèi)的功能先對銑刀內(nèi)孔施加全約束，然后將計算出的切削力分別施加到對應(yīng)的刀片槽側(cè)壁上(刀片槽側(cè)壁所承受的切削力變成其對側(cè)面的面壓力)，再進(jìn)入Meshing(網(wǎng)格)子模塊，將銑刀模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
利用有限元方法對齒輪銑刀的刀體強(qiáng)度進(jìn)行分析，可以驗證銑刀的設(shè)計安全性，在銑刀的設(shè)計過程中可及時發(fā)現(xiàn)不足而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，分析結(jié)果顯示，刀體最大變形量為0.035 mm(屬局部變形)，該變形會對銑刀的精度產(chǎn)生一定影響，其影響程度需另作分析。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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