机械工程中的切削力仿真分析

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正交车铣加工切削力仿真分析

第３３卷第４期
２０１２年４月
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工
学
报
Ｖｏ．ＮＯ４１３３．Ａｐｒ．２２０１
ＡＣＴＡＡＲＭＡＭＥＮＴＡＲＩＩ
正交车铣加工切削力仿真分析
朱立达，于天彪，王宛山
（北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳１００东１０４）
关键词：刀具技术；正交车铣；削力；偏心；模切建中图分类号：Ｐ９Ｔ３１文献标志码：Ａ文章编号：００１９（０２０－４９０１０ —０３２１）４０１－６
ＳｍｕｌｔｏｏｉａｉｎｆｒＣｕｔｉｒｅｏｒｈｏｏｌＴｕｒｍｉｉｇｔｎｇＦｏｃｆＯｔｇｎａｎ・ｌｎｌ
ｉｇｐｏｅｓｈｈｏｅｉａｄｌｏｕｔｏｃｓｆｕｎｅｙｕｉａｈｍａｉｔｏａｅｎｔｅｎｒｃｓ，ｔｅｔｅｒｔｌｍｏｅｆｃｔｉｆｒｅｉｏｄｄｂｓｎｇｍｔｅｔｍｅｈｄｂｓｄｏｈｃｎｇｃｍａｈｎｎｒｎｉｅ，ａｄｔｅｃａｅｒｌｓｏｕｔｏｃｓｗｉｈｔｏａｉｎａｇｅｆｃｔｒｗｅｅｓｍｕａｃｉｉｇｐｉｃｐｌｎｈｈｎｇｕｅｆｃｔｉｆｒｅｔｈｅｒｔｔｎｌｓｏｕｔｒｉｌ－ｎｇｏｅｔｄｉｈｏｉｏｓｗｉｎｔｏｃｅｔｉｉｅｎｔｅｃｎｄｔｎｔａｄｗｉｈｕｔｅｃｎｒｃｔｉｈｙ，ｒｓｅｔｖｌ．Ｔｉｌｔｎｒｓｌｓｓｏｔｔｅｐｃｉｅｙｈｅｓｍｕａｉｅｕｔｈｗｈａ，ｗｉｏｔｈｔｅｉｃｅｓｆｆｅａｅａｄｅｃｎｒｃｔｈｎｒａｅｏｄｒｔｎｃｅｔｉｉｙ，ｔｅｃｔｉｇｆｒｅｉｒａｅｎｔｅｓｍｅｃｔｉｇｐｒｍｅｅｓａｄｉｅｈｕｔｎｏｃｎｃｅｓｓｉｈａｕｔｎａａｔｒｎｔｉｇｅｎｅｃｎｒｃｔｈｎｔａｎｎｎ—ｃｅｔｉｉｓｂｉｇｒｉｃｅｔｉｉｔａｈｔｉｏｅｃｎｒｃｔＴｈｒｆｒｔｈｏｅｉａｕｔｏｃｏｅｒ・ｙｙ．ｅｅｏｅ，ｈｅｔｅｒｔｃｌｃｔｉｆｒｅｍｄｌｐｏｎｇｖｄｓｒｆｒｎｅｆｒｔｅｒｓａｃｎｏｔｏｏａｕｎｍｉｌｇｍｅｈｎｓ．ｉｅｅｅｅｃｏｈｅｅｒｈｏｒｈｇｎｌｔｒ — ｌｉｃａｉｍｎ

车削加工仿真中工件受力变形分析及预测

（1. Changchun University of Technology, Changchun 130012, China；2.Air Force Aviation University, Changchun 130022, China）
Abstract： In this paper a cutting force forecast model in line with the actual is obtained by comparing the measuring of actual cutting force in Vturn-20 CNC lathe with the calculation of cutting force empirical formula. By using this cutting force forecast result can estimate the workpiece deformation error. Meanwhile this deformation and simulated result by finite element method（FEM） are contrastively analyzed to get the best forecasting value and apply to turning machining simulation. Key words： cutting force; deformation; FEM simulation
1.1 切削力的经验预测模型
根据大量实验数据总结归纳出下列在金属切削中广
泛应用的切削力计算公式［3］：
F =C a f v k ；F =C a f v k ；F =C a f v k xFy yFy nFy

基于Deform仿真平台的铣削加工切削深度和进给速度分析

先通过UG软件构建尺寸为φ=0.4mm其导入ABAQUS内完成建模过程。

为提高计算精度与处理效率，对工件结构进行简化得到图2所示的结果。

具体包含了以下各仿真步骤：高的运算效率，将质量缩放因子设定在10。

2仿真结果分析图3显示了在铣削期间发生切屑脱落而造成温度与切屑的改变情况。

可以明显看到，铣削加工切削温度在刀面处获得最高的温度，这是因为铣削时在刀面处会产生明显的摩擦生热现象，产生很多的热量进而转变成刀具的温度，只剩下少量热量会残留于工件上，应重点对最高切削温度进行研究。

切削深度处于恒定的进给速率与进给速度条件下，随着切削深度的变化，将会引起工件达到不同的温度。

从图1000r/min转速下设定进给速度为10mm/min0.01~0.05mm的切削深度范围内工件形成的最高温度。

图1摩擦接触模型图2工件与刀具装配关系图3铣削切削过程图4温度随切削深度变化情况根据图4可知，当切削深度增大后，将会引起切削温度的升高，这是由于当切深度增大后，将会引起切削部位形成更多的热量，同时获得更大的切屑长度、体积与表面由此得到不同的加工环境，导致切削温度不会发生同等比例的提高。

2.2进给速度图5显示了在其它参数恒定的状态下，在不同的进给速度下切削温度发生的改变。

可以发现，切削温度同样受到进给速度的较大影响，当进给速度逐渐增大后，切削温度开始上升，而在达到某一临界值后，切削温度发生降低的现象，最大值发生在进给速度20mm/min时。

这是因为在更大进给速度下，将会引起材料去除体积的显著增加，从而造成热量积累，但增加幅度变化相对稳定，甚至发生降低的情况。

进给速度增大，会引起切削温度的上升，同时表现为温度上升速率不断增大的特征，产生这一变化趋势的原因是切削热来自第一变形区塑性变形过程以及刀具发生摩擦时产生的热量，大部分切削热都是出现在靠近刀具面的3结论先通过UG软件构建刀具，再将其导入ABAQUS成建模过程。

仿真结果得到：①铣削加工切削温度在刀面处获得最高的温度，这是因为铣削时在刀面处会产生明显的摩擦生热现象，产生很多的热量进而转变成刀具的温度。

基于Deform-3D的20CrMnTi钢同步齿套铣削工序仿真分析

摘要：采用Deform-3D有限元软件建立20CrMnTi钢同步齿套铣削仿真模型，分析了不同切削参数对切削仿真结果的影
响。得到了不同轴向切深、切削速度及每齿进给量下的切削力分布规律，为20CrMnTi钢同步齿套铣削过程的研究和铣削工
艺参数的优化提供理论参考。
关键词：同步齿套; 工艺参数优化; 铣削; 20CrMnTi钢; Deform-3D
机械工程师
MECHANICAL ENGINEER
基于Deform-3D的20CrMnTi钢同步齿套铣削工序仿真分析
李东方1，杨海波2，林玉珍1，黄林波3 （1.衢州职业技术学院机电工程学院，浙江衢州 324000；2.北京科技大学机械工程学院，北京 100083；
3.浙江万里扬股份有限公司，浙江金华 321000）
reference for the research of milling process and optimization of milling process parameters of 20CrMnTi steel synchroniz原
er sleeve.
Keywords: synchronizer sleeve; process parameter optimization; milling; 20CrMnTi steel; Deform-3D
University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3.Wቤተ መጻሕፍቲ ባይዱnliyang Co., Ltd., Jinhua 321042, China)
Abstract: The simulation model of 20CrMnTi steel synchronizer sleeve milling is established by Deform-3D finite element

机械加工过程力学特性分析与仿真

机械加工过程力学特性分析与仿真机械加工作为一种重要的制造过程，在现代工业中发挥着重要的作用。

在机械加工过程中，力学特性的分析和仿真是非常关键的，可以帮助工程师更好地设计和优化加工工艺。

本文将探讨机械加工过程中的力学特性分析与仿真技术。

一、背景介绍机械加工是指通过切削、研磨、冲击等方法加工金属材料的过程。

在机械加工过程中，工件和刀具之间会发生各种各样的力学相互作用，这些力学特性的分析和仿真可以帮助工程师更好地理解和优化加工过程。

二、力学特性分析机械加工过程中的力学特性包括力、应力、应变等。

力是指外部施加在工件和刀具上的力，可以通过力传感器进行测量。

应力是指单位面积上的力，可以通过应力传感器进行测量。

应变是指物体在受力作用下产生的形变，可以通过应变传感器进行测量。

力学特性分析的目的是通过测量和分析这些物理量，来了解机械加工过程中的力学行为。

通过力学特性分析，工程师可以得到关于加工过程中应力分布、应变变化等重要信息，从而对加工工艺进行优化和改进。

三、仿真技术为了更好地研究和分析机械加工过程中的力学特性，工程师们利用计算机仿真技术进行研究。

机械加工仿真软件可以帮助工程师在计算机上构建和模拟加工过程，通过仿真软件可以得到加工过程中的力学特性数据并进行分析。

机械加工仿真软件根据实际加工过程的物理模型和力学特性模型进行建模和求解。

通过仿真软件可以模拟加工过程中的切削力、应力分布、应变变化等信息。

利用仿真软件，工程师可以通过调整加工参数，探索不同情况下的力学特性变化，并进行优化设计。

四、力学特性分析与仿真在实际应用中的意义力学特性分析与仿真在机械加工领域中具有重要的应用价值。

首先，通过分析和仿真机械加工过程中的力学特性，可以帮助工程师优化加工工艺，提高产品质量和生产效率。

其次，力学特性分析与仿真可以在加工过程中帮助工程师预测可能出现的问题，以便及时采取措施避免事故发生。

最后，力学特性分析与仿真还可以为工程师提供有效的数据支持，帮助他们做出正确的决策和判断。

机械工程中的磨削与切削力分析

机械工程中的磨削与切削力分析磨削与切削力是机械加工中非常重要的两个概念。

在机械工程中，磨削是通过磨削工具对工件进行切削加工，以达到加工精度和表面质量的要求。

而切削力则是指在切削过程中，切削工具对工件施加的力。

磨削是一种高效的加工方法，可以用于加工各种硬度的材料，如金属、陶瓷和复合材料等。

磨削加工的过程中，磨削工具与工件之间存在着摩擦和切削作用。

摩擦力是指磨削工具与工件表面之间的摩擦力，而切削力则是指磨削工具在切削过程中对工件施加的力。

磨削力的大小与磨削工具的材料、几何形状、切削速度和切削深度等因素有关。

切削力是切削过程中最重要的力之一，它直接影响到切削加工的质量和效率。

切削力的大小与切削速度、切削深度、切削角度和切削工具的材料等因素密切相关。

在实际的加工过程中，切削力的大小对加工表面的粗糙度、加工精度和切削工具的寿命都有着重要的影响。

磨削与切削力的分析是机械工程中的一个重要研究方向。

通过对磨削与切削力的分析，可以更好地理解磨削加工的机理，优化切削参数，提高加工效率和加工质量。

同时，磨削与切削力的分析也对磨削工具的设计和选择具有重要的指导意义。

在磨削与切削力的分析中，常用的方法有理论分析和实验测量两种。

理论分析是通过建立数学模型，运用力学原理和材料力学知识，对磨削与切削力进行计算和预测。

实验测量则是通过实际的切削试验，采集切削力的数据，进而分析和研究切削力的规律。

磨削与切削力的分析不仅可以用于优化加工参数，还可以用于判断磨削工具的磨损和寿命。

通过对切削力的监测和分析，可以及时了解切削工具的磨损情况，从而及时更换切削工具，避免因磨损而导致的加工质量下降和工具断裂等问题。

总之，磨削与切削力的分析在机械工程中具有重要的意义。

通过对磨削与切削力的分析，可以优化加工参数，提高加工效率和加工质量。

同时，磨削与切削力的分析也为磨削工具的设计和选择提供了重要的依据。

因此，在机械工程中，磨削与切削力的分析是一个非常重要的研究方向，也是提高机械加工技术水平的关键之一。

机械工程中的仿真与模拟技术应用

机械工程中的仿真与模拟技术应用一、引言在机械工程领域中，仿真与模拟技术是一种非常重要且广泛应用的技术。

通过仿真与模拟技术，工程师们可以在设计、测试和优化机械产品及系统时进行虚拟实验，从而提高工作效率、降低成本，甚至有助于改善产品质量和可靠性。

本文将探讨机械工程中的仿真与模拟技术在不同领域的应用。

二、仿真与模拟技术在产品设计中的应用1. 三维建模与可视化机械产品设计过程中，三维建模是一个关键步骤。

利用仿真与模拟技术，工程师们可以通过计算机软件创建并模拟虚拟的三维模型，实时查看产品的外观与结构，并进行修改与调整。

这种技术不仅节省了设计周期，还大大降低了试错成本。

2. 动力学仿真机械产品的移动性能与运动学参数是设计过程中需要考虑的重要因素。

动力学仿真技术可以通过模拟机械系统中的动力学行为，如力、速度和加速度等，帮助工程师们评估产品的性能和稳定性。

例如，在设计汽车悬挂系统时，动力学仿真可以帮助工程师们预测并优化悬挂系统在不同路况下的性能。

三、仿真与模拟技术在系统优化中的应用1. 性能优化在机械系统设计中，性能优化是一个非常重要的目标。

通过使用仿真与模拟技术，工程师们可以模拟机械系统的不同构型、材料和参数等，以寻找最佳设计方案。

例如，在航空发动机设计中，工程师们可以通过仿真与模拟技术研究不同的叶片形状和材料，以提高发动机的燃油效率和推力。

2. 故障诊断与修复机械系统故障的诊断和修复是一个繁琐且复杂的任务。

仿真与模拟技术可以帮助工程师们模拟和分析机械系统的运行状况，并找出可能导致故障的因素。

通过模拟修复过程，工程师们可以提前发现并解决潜在的问题，以降低维修成本和停机时间。

四、仿真与模拟技术在制造过程中的应用1. 制造过程仿真在机械产品制造过程中，仿真与模拟技术可以帮助工程师们模拟和优化制造流程。

例如，在金属加工中，工程师们可以使用仿真软件来模拟材料去除过程，并预测切削力、温度和表面质量等参数，从而优化切削参数和工艺规程。

基于有限元模拟的金属切削力分析

基于有限元模拟的金属切削力分析金属切削力是在工业中广泛应用的一个重要参数，它对于刀具寿命、加工精度和机床刚度等方面都有着重要的影响。

为了准确地分析金属切削过程中的切削力，有限元模拟成为一种常见而有效的方法。

本文将基于有限元模拟来分析金属切削力，并探讨其在实际应用中的意义与挑战。

金属切削力分析是通过模拟金属切削过程中力的产生和传递来实现的。

有限元模拟是一种数值计算方法，将复杂的连续体问题离散化成有限个简单区域，通过数学方法求解区域内的物理方程，从而得到问题的解。

在金属切削力分析中，有限元模拟可以将工件、切削刀具和切削过程中的载荷等要素简化为有限个简单区域，通过建立适当的数学模型，计算得到切削力的分布和变化规律。

金属切削过程中的切削力主要包括切削力和法向力，它们受到多种因素的影响，如工件材料的力学性质、刀具材料和几何形状、进给速度和切削深度等。

有限元模拟可以模拟这些力的产生和传递过程，并通过仿真分析来评估不同工艺参数对切削力的影响。

在实际应用中，准确地预测金属切削力可以为工业生产提供重要的参考，比如在刀具选择、切削参数优化和切削质量控制等方面发挥重要作用。

然而，金属切削力的有限元模拟也面临着一些挑战。

首先，精确地建立金属切削力的数学模型是关键。

模型的建立需要考虑到金属切削过程中的热、力和位移等多重因素的相互作用，并综合考虑金属材料的非线性变形和切削效应等。

其次，有限元模拟需要准确地描述金属切削过程中的边界条件。

切削力的分析需要确定工件和刀具的接触情况、切削刃的磨损和热耗散等。

最后，有限元模拟还需要考虑到计算效率和准确性的问题。

随着计算资源的提升和算法的改进，有限元模拟在金属切削力分析中的应用也取得了不断的发展与完善。

在金属切削力分析的实际应用中，有限元模拟可以通过优化切削参数和改进工艺流程来降低切削力的大小，从而提高加工效率和零件质量。

同时，有限元模拟还可以为刀具设计提供科学依据，减轻刀具磨损和延长刀具寿命。

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机械工程中的切削力仿真分析机械加工过程中，切削力是一个非常重要的物理量，它的大小和方向会直接影响到加工精度和工件表面质量。

然而，在实际加工过程中，切削力是很难直接测量的，所以需要通过仿真分析的方法来预估切削力的大小和方向。

本文将探讨机械工程中的切削力仿真分析方法及其应用。

1.切削力的来源
在机械加工中，切削力主要来自于以下几方面的因素：
(1)切削区的物理特征：包括切削区的切削角、切削深度、进给量等几何参数，以及刀具和工件材料的硬度、强度等物理特性。

(2)加工参数：如刀具的锋角和后角、材料的切削速度、进给速度和切削深度，以及加工冷却液的流量和压力等。

(3)机床和刀具状况：机床和刀具的刚性、精度和磨损等因素也会对切削力产生影响。

2.切削力的计算方法
切削力的计算方法主要分为经验公式法和数值仿真法两种。

其中，经验公式法主要是通过根据历史数据和经验关系来推导计算公式，一般适用于简单的加工过程和较为常见的材料；数值仿真法则是通过建立切削过程的物理模型来进行计算和分析，可以较为准确地预测切削力的大小和方向，适用于较为复杂的加工过程和材料。

数值仿真法主要分为有限元法和边界元法两种。

其中，有限元法是通过将加工过程抽象为一个有限元模型，在这个模型中计算力学变量的变化，来预测切削力的大小和方向；而边界元法则是通过在加工区域的表面上定义边界条件和切割区，并在此基础上计算力的分布，来预测切削力的大小和方向。

3.切削力仿真在机械工程中的应用
切削力仿真在机械工程中有着广泛的应用，下面列举几个代表性的应用场景：
(1) 优化加工参数：通过切削力仿真，可以预测不同加工参数
下的切削力变化规律，寻找最优的加工参数组合，从而提高加工
效率和加工质量。

(2) 帮助工艺设计：通过切削力仿真，可以较为准确地预测加
工过程中的力和应力分布情况，帮助设计师对工艺进行合理设计，提高工件的稳定性和可靠性。

(3) 优化机床结构：通过切削力仿真，可以了解不同机床设计
的刚性和精度，寻找最优的机床结构和机床参数组合，提高机床
的性能和可靠性。

(4) 仿真刀具磨损：通过切削力仿真，可以预测不同使用情况
下刀具的磨损情况，指导工程师制定更加合理的刀具维护计划和
使用方案，降低生产成本和质量风险。

总之，切削力仿真在机械工程中有着广泛的应用，通过计算和
分析切削过程中的力学变量，可以提高加工效率和加工质量，帮
助设计师进行合理设计，优化机床结构和指导刀具维护。