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在模具制造業(yè)，用高速銑削加工替代電加工已成為一種發(fā)展趨勢。模具型腔精加工的典型工藝為：毛坯粗加工一半精加工一熱處理一精加工(高速或超高速銑削)。在精加工工序中，常使用小直徑立銑刀在高轉(zhuǎn)速下進行清角和微細結(jié)構(gòu)加工(小直徑刀具在低轉(zhuǎn)速下加工易發(fā)生崩刃或斷裂)。由于小直徑立銑刀受力時容易變形，導致加工精度缺失，因此對小直徑立銑刀銑削力應力場進行有限元分析很有必要。
在銑削力試驗中，采用Kistler (9257B)三向動態(tài)測力儀、電荷放大器(5017B)和A/D轉(zhuǎn)換卡測量在高速切削時不同切削條件(切削速度、切削深度和進給量)下的切削力。該試驗獲得的切削力還可在應力場有限元分析時用于確定受力邊界條件。
根據(jù)銑刀制造原理，選擇以去除材料的方式來建立銑刀模型。銑刀為中心對稱結(jié)構(gòu)，本文研究的銑刀齒數(shù)為3，所以選取銑刀的1/3進行建模，然后利用特征命令完成整個模型的建立。具體步驟如下:
(1)運行UG軟件，新建部件“mill”，點擊“建模”一“圓柱”，彈出建立圓柱體，完成刀體外廓的繪制。
(2)點擊“插入”一“曲線”一“螺旋”，彈出螺旋線對話框，輸入?yún)?shù)，單擊確定，建立前刀面第一條螺旋線。同理，根據(jù)前、后刀面和端向截形參數(shù)繪制前刀面和螺旋溝槽所需的另外3條螺旋線。
(3)點擊“直紋面”，分別選擇步驟(2)建立的前刀面螺旋線和螺旋溝槽所需的螺旋線，分別形成刀具前刀面和螺旋溝槽中直紋面部分。
(4)點擊“草繪”，選擇螺旋線起點所在圓柱端面為草繪平面，繪制形成螺旋溝槽所需的圓弧線。點擊“已掃掠”，選擇剛建立的圓弧線為截面線串，步驟(2)建立的2條螺旋線為導線串，單擊確定，完成螺旋溝槽中圓弧面部分的繪制。
(5)選擇“面倒圓”，分別將步驟(3)，(4)建立的曲面連接合并為一個曲面，然后在螺旋線的中點處建立一平面與圓柱端面平行，用前面合并的曲面裁剪該平面，將兩曲面合并為一曲面。
(6)選擇“裁剪體”，用步驟(5)形成的曲面裁剪圓柱體，形成“trimbody”特征，然后環(huán)形陣列此特征，完成立銑刀實體模型的建立。
完成實體建模后，必須對實體模型進行網(wǎng)格劃分，然后施加邊界條件。由銑削力試驗得：FX-546N，F(xiàn)y-532N，F(xiàn)Z-472N，將其施加到立銑刀前刀面上即可進行有限元分析，最后進行模型檢查。
(1)點擊“應用”-“結(jié)構(gòu)分析”，進入有限元分析模塊;單擊“解法”，彈出“環(huán)境”對話框，設(shè)置有限元分析環(huán)境；單擊“材料屬性”，彈出“材料”對話框，選擇刀具材料并賦予刀具體。
(2)單擊"3D四面體網(wǎng)格”，出現(xiàn)三維網(wǎng)格生成器，單擊“自動選擇”可由計算機自動計算出較合適的單元尺寸，選擇刀具體，生成3D網(wǎng)格。
(3)單擊“屬性編輯器”，對需要編輯網(wǎng)格的組合面及曲線進行屬性設(shè)置，編輯密度;選擇“更新有限元模型”，更新模型網(wǎng)格;再次選擇“材料屬性”，選擇劃分好的網(wǎng)格，使網(wǎng)格被賦予材料等機械特性；單擊“載荷類型”，為模型添加載荷；選擇“約束類型”，為有限元模型添加邊界條件。
(4)選擇“有限元模型檢查”，出現(xiàn)模型檢查對話框，設(shè)置檢查類型為“綜合的”，單擊確定;點擊“解算”，彈出“解算”對話框，單擊確定，有限元模型開始進行分析，出現(xiàn)分析完成對話框時單擊確定即可。
經(jīng)計算機輔助解算和后處理，即可得到立銑刀切削時的三維應力場分布結(jié)果。立銑刀的應力主要分布于銑刀的懸臂處及刀刃處。
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