減振面銑刀cad

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1、：帕差clll減振面銑刀CAD系統(tǒng)開發(fā)T．1I查豎張日水王滿元(石采莊鐵道學(xué)院)暗爾蒹1矗公路工程址)(暗爾嘉科學(xué)技術(shù)大學(xué)丁Pf'7文^摘要在綜合分析端面銑削動態(tài)過程的基礎(chǔ)上，運用不等齒距面銑刀減振理論、現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計方法和CAD技術(shù)開發(fā)了新型面銑刀CAD軟件包．從而實現(xiàn)了不等齒距面銑刀齒問角優(yōu)化設(shè)計和繪制銑刀圖一體化，提高了設(shè)計效率．該種新型減振面銑刀的切削性能優(yōu)于傳統(tǒng)的等齒距面銑刀，時提高工件的加工質(zhì)量、刀具壽命和減振降噪都具有較明顯的艘果．萎分類號礙TG7齲14TP39172C且?跪．由于可轉(zhuǎn)位減振面銑刀設(shè)計過程復(fù)雜，設(shè)計參數(shù)及尺寸系列較多，而且結(jié)構(gòu)種類也不統(tǒng)一，用傳統(tǒng)的設(shè)

2、計方法設(shè)計周期長精度低，已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的需要，因此，我們開發(fā)了新型減振面銑刀CAD軟件系統(tǒng)(以下簡稱MCAD系統(tǒng))，從而實現(xiàn)了不等齒距面銑刀齒間角優(yōu)化設(shè)計和繪制銑刀圖一體化，使新型減振銑刀系列真正應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，提高了生產(chǎn)效率．1系統(tǒng)的構(gòu)成和功能MCAD軟件是在綜合分析端面銑削動態(tài)過程的基礎(chǔ)上，采用不等齒距面銑刀減振理論、現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計方法及CAD技術(shù)，實現(xiàn)不等齒距面銑刀優(yōu)化設(shè)計和繪制銑刀圖一體他的軟件．這種新型減振面銑刀的切削性能優(yōu)于傳統(tǒng)的等齒距面銑刀，對于提高工件的加工質(zhì)量，提高刀具壽命和減振降噪都具有較顯著的效根據(jù)軟件工程學(xué)和結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，CAD系統(tǒng)的應(yīng)用軟

3、件也是由若干功能模塊、程序模塊和子系統(tǒng)組成每一模塊規(guī)定了相應(yīng)的任務(wù)．MCAD軟件共有4個模塊：不等齒距面銑刀齒問角優(yōu)化設(shè)計模塊、繪制面銑刀銑削力頻譜圖模塊繪制面銑刀各銑刀圖模塊和面銑刀切削角度轉(zhuǎn)換模塊．MCAD軟件的功能可歸納為：1)通過輸入已知的有關(guān)數(shù)據(jù)(如齒數(shù)z、直徑D等)，利用建立的優(yōu)化設(shè)計模型，對面銑刀的齒間角進行優(yōu)化設(shè)計，使之達到減振降噪、提高工件加工質(zhì)量和刀具壽命的設(shè)計目標；2)對一定直徑面銑刀的齒問角，經(jīng)過對面銑刀動態(tài)銑削力的計算機模擬再通過FI變換，繪制出面銑刀銑削力的頻譜圖；從而為鑒別計算磯優(yōu)化設(shè)計出的面銑刀齒間角的優(yōu)劣提供判別依據(jù)；{12哈爾濱科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)

4、報第20卷3)選用AutoCAD軟件包作為繪圖支攆欺件，繪制堿振面銑刀匿，從而實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計面銑刀齒間角和繪制銑刀圖一體化：4)通過建立面銑刀幾何參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可以很方便地解決面銑刀幾何參數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換，從而為銑刀圖中的尺寸標注提供了方便．MCAD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖12不等齒距面銑刀優(yōu)化設(shè)計理論分析和試驗結(jié)果表明，不等齒距面銑刀除具有較明顯的減振降噪功能外，它的晟大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，在保持傳統(tǒng)面銑刀結(jié)構(gòu)基本不變的前提下，僅需將面銑刀刀齒的分}_-繪囤模塊匡簍配規(guī)律加以調(diào)整，即可在原有的生產(chǎn)條件下生產(chǎn)新型刀具，但是，并非將多齒銑刀隨意做成不等齒距面銑刀，就能達到滿意的減振

5、降噪效果，只有在全面分析動態(tài)端面銑削的基礎(chǔ)上，建立符合實際的銑削力模型，并根據(jù)一定的設(shè)計準則，采用優(yōu)化設(shè)計的方法，才能獲得較理想的刀齒分配規(guī)律．2．1優(yōu)化設(shè)計方法在受迫振動的條件下，機床和刀具間的相對振動可以用下式表示sR)=∞)。su)(1)通用型不等齒距面銑刀，由于不同直徑可以在相同類型的任何機床上使用，因而得到了廣泛的應(yīng)用．在設(shè)計通用型不等齒距面銑刀對，機堿結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的確切頻率特性)是未知的，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)的觀點，可以假設(shè)在各種頻率下，對系統(tǒng)響應(yīng)均為一常數(shù)，即∞)=常數(shù)(2)欲使刀具相對工件的振動振幅(為最小，根據(jù)(】)式的關(guān)系可知，只有選擇合理的齒間角，調(diào)整激振力的頻譜)，才

6、能使』∞)在所有的頻率下盡可能小，即)的頻譜圖盡量平坦．根據(jù)上述的設(shè)計依據(jù)，通用型不等齒距面銑刀的設(shè)計過程可以概括地描述為：在一定的加工條件下，賦予銑削力模型一組齒聞角數(shù)值，對銑削力進行傅墾葉變換求出銑削力幅值譜，觀察其幅值譜是否達到預(yù)期的平坦性要求，如此循環(huán)，直到滿意為止．通過對比，MCAD欺件采用約束隨機方向法進行齒間角優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計可靠，節(jié)省內(nèi)存，精度較高，能滿足設(shè)計要求．2．2優(yōu)化目標函數(shù)目標函數(shù)是比較和選擇不同設(shè)計方案的指標，在設(shè)計通用型不等齒距面銑刀時，獲得盡量平坦的銑削力幅值譜作為評價設(shè)計方案的指標．通過對幾種目標函數(shù)的對比，MCAD軟件采用加權(quán)組合法，綜合考慮平

7、行于加工平面中的兩個切削分力P和P．，從而將多目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標的優(yōu)化設(shè)計問題，并采取控制幅值譜中最大幅值的措第l期李輝等：減振面銑刀CAD系統(tǒng)開發(fā)13施，以達到銑削力幅值譜盡量平坦的要求．為了建立目標函數(shù)，設(shè)A為某個方向銑削分力幅值中，從基頻開始到Ⅳ次諧渡的一組幅值譜的集合，即A={C、，?C}與尸I．只兩方向的銑削分力所對應(yīng)的幅倬A，分別記為，4．，4如果有m組齒間角排列各異的方案可以選擇時，用表示其中任意一組．此時相應(yīng)的與變成為與，4．若令尸及只為兩個加權(quán)因子，則目標函數(shù)可表示為