丝杠旋风铣削加工区域瞬态温度建模方法研究

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丝杠作为高效、精密传动部件在高档数控机床等自动化设备上得到广泛应用。传统的车削、磨削等丝杠加工方式无法满足丝杠的高效生产与生态发展。相对于传统的丝杠加工,旋风铣削具有更高的材料去除率和更好的环保性的特点。丝杠旋风铣削在切削热源、热传导、热分配及热载荷作用方式等方面与车削、铣削等加工方式都存在显著差异。研究丝杠旋风铣削加工过程中刀具、工件和切屑温度与工艺参数的影响规律,对抑制丝杠旋风铣削加工过程的热冲击,改善工件的表面完整性,预测刀具的使用情况并延长其服役寿命,具有重要的理论意义与实际应用价值。本文针对丝杠旋风铣削加工特点,对丝杠旋风铣削加工过程中切削加工区域刀具、工件和切屑的瞬态温度进行了分析,主要工作如下:  首先,结合丝杠旋风铣削的几何成形过程,从未变形切屑厚度、未变形切屑宽度和未变形切屑横截面积三个角度对未变形切屑的几何特征进行分析;进一步结合切削过程的热源区,对丝杠旋风铣削温度特性进行分析;在此基础上,提出了丝杠旋风铣削加工区域瞬态温度模型的流程框架。  然后,基于丝杠旋风铣削温度特性分析,对丝杠旋风铣削加工过程中时变热源特征进行建模,本文时变热源特征模型包括剪切区时变热源特征模型、刀屑接触区摩擦热源特征模型和摩擦热源边界方程。剪切区时变热源特征模型主要包括丝杠旋风铣削加工过程中未变形切屑厚度、未变形切屑宽度和未变形切屑面积模型,用于分析剪切区时变热源的大小。刀屑接触区摩擦热源特征模型主要包括丝杠旋风铣削加工过程中刀屑接触宽度、刀屑接触长度和刀屑接触面积模型,用于确定摩擦热源的大小。摩擦热源边界方程主要用于确定丝杠旋风铣削加工过程中摩擦热源的边界。  其次,在丝杠旋风铣削加工过程中时变热源特征模型的基础上建立切削加工过程中刀具、工件和切屑的时变热释放强度模型。基于金属切削传热理论进一步建立丝杠旋风铣削切削加工区域瞬态温度模型,主要包括工件瞬态温度模型、切屑瞬态温度模型和刀具瞬态温度模型。  最后,以丝杠旋风铣削加工过程中的温度实验数据对本文通过模型解析的温度数据进行验证。实验分析结果证明了本论文方法的有效性,并基于该模型揭示了未变形切屑的几何特征、切削线速度与热释放强度对切削加工区域温度的动态变化规律。
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