模块 9 典型机械切削加工分析- 学习单元 1 铣削加工

机械设计基础教研室模块9典型机械切削加工分析——学习单元1铣削加工分析教学目标知识目标能力目标素养目标掌握铣削加工原理，铣削加工动力学分析和基于有限元的铣削仿真原理；能够根据各种实际工况建立铣削动力学模型，并独立借助有限元软件进行切削仿真；增强学生对工程实际分析问题、解决问题的能力；教学目标教学目标1.铣削加工概述及原理3.基于有限元的铣削仿真研究2.铣削加工动力学分析与建模教学内容4.附：有限元仿真源代码1、铣削加工概述铣削加工分析铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。工作时刀具旋转（作主运动），工件移动（作进给运动），工件也可以固定，但此时旋转的刀具还必须移动（同时完成主运动和进给运动）。铣削用的机床有卧式铣床或立式铣床，也有大型的龙门铣床。这些机床可以是普通机床，也可以是数控机床。用旋转的铣刀作为刀具的切削加工。铣削一般在铣床或镗床上进行,适于加工平面、沟槽、各种成形面(如花键、齿轮和螺纹)和模具的特殊形面等。1、铣削加工概述铣削加工分析主要加工（1）平面类零件平面类零件的特点表现在加工表面既可以平行水平面，又可以垂直于水平面，也可以与水平面的夹角成定角；在数控铣床上加工的绝大多数零件属于平面类零件，平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件，一般只需要用三坐标数控铣床的两轴联动或三轴联动即可加工。在加工过程中，加工面与刀具为面接触，粗、精加工都可采用端铣刀或牛鼻刀。（2）曲面类零件曲面类零件的特点是加工表面为空间曲面，在加工过程中，加工面与铣刀始终为点接触。表面精加工多采用球头铣刀进行。2、铣削加工原理铣床夹具铣削加工分析加工零件铣刀车削加工工艺系统主要由铣床夹具、加工零件、铣刀、铣床组成。2.铣削加工原理铣削加工分析铣削削加工的成形运动分为主运动和进给运动，其中铣床主轴的带动铣刀旋转运动为主运动，铣床工作台的直线运动为进给运动。3、铣削加工动力学分析和建模切削力主要来源于两个方面：1.克服切削层材料和工件表面层材料对弹性变形和塑性变形的抗力；2.克服刀具与切屑件表面间摩擦阻力所需的力铣削加工分析（1）铣削动力学分析在铣削加工过程中，工件表面被分为已加工表面、过渡表面和待加工表面。通过刀具表面与工件产生挤压，将零件材料切除，为此会产生力的相互作用，称为切削力。铣削加工分析上述所有各向的切削力的总和形成了作用在车刀上的合力，它是一个典型的空间力系。3、铣削加工动力学分析和建模（2）铣削动力学建模为了方便研究讨论分析，可将其简化分解为一个正交空间力系来进行描述，对应其X,Y,Z三个方向的切削力用Fx，Fy，Fz来进行表示。铣削加工分析3、铣削加工动力学分析和建模（2）铣削动力学建模Fz——主切削力或切向力。它切于过渡表面并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。Fx——进给力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。Fx是设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。Fy——切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。铣削加工分析3、铣削加工动力学分析和建模（2）铣削动力学建模在上述三个分力中,Fc值最大,Fp约为0.15-0.7F,Ff可约为0.1-0.6Fc。单位切削面积上的切削力称为单位切削力,用Kc表示：铣削加工分析3、车削加工动力学分析和建模（2）车削动力学建模切削力计算可用以下经验公式表达：式中Cff,Cfp,Cfc等相关系数主要取决于被加工材料和切削条件的切削力系数，另外为三个分力公式中,背吃刀量ap、进给量f和切削速度ν等切削参数的对应指数。当实际加工条件与建立经验公式的试验条件不相符时,各种影响因素对各切削分力的修正系数的乘积。各修正系数的值可查阅参考文献或有关机械加工工册。铣削加工分析3、铣削加工动力学分析和建模（2）铣削动力学建模铣削加工分析4、基于有限元的车削仿真铣削加工分析4、基于有限元