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1、毕业设计超声振动条件下振幅对车刀受力状况影响学生姓名： 学 系 部： 机械工程系 专 业： 材料成型及控制工程 指导教师： 二零一五 年 六 月诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 超声振动条件下振幅对车刀受力状况影响 系部： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学号： 学生： 指导教师（含职称）：1设计的主要任务及目标查阅相关资料文献，了解超声振动特点；建立超声振动数学模型，学习有限元分析软件；分析振幅对车刀基体及涂层受力状况的影响规律，并实验验证；通
2、过毕业设计分析车刀涂层磨损及剥落的机理，为车刀涂层设计提供一定的理论指导。2设计的基本要求和内容建立超声振动数学模型（振动频率、振幅、外加载荷与受力状况之间的关系）；应用有限元法分析振幅对车刀受力状况的影响规律；实验验证车刀涂层磨损及剥落与振幅之间的关系；撰写毕业论文。结构完整，层次分明，语言顺畅；格式符合机械工程系学位论文格式的统一要求。3主要参考文献1 阮世勋，肖继世.超声波振动切削刀具磨损的研究J.电加工及模具，1995（04）:100-105.2 王立江.超声波振动车刀在负载状态下的振幅和频率的变化J.电加工，1985（01）：85-91.3 王红飞.超声振动车削加工的研究现状及进展J
3、.机械设计及制造，2007（02）：212-214.4、进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1查阅文献，了解研究目的意义，完成开题报告2014.12.01至2014.12.312广泛阅读相关文献，制定研究方案2015.01.01至2015.03.103建立超声振动数学模型2015.03.11至2015.03.304完成有限元分析，中期检查2015.04.01至2015.04.302015.04.305实验验证有限元分析结果2014.05.01至2014.05.156撰写毕业论文，准备答辩2014.05.16至2014.06.10审核人： 赵跃文 2014 年 12 月 15 日超声振动条件下振
4、幅对车刀受力状况影响摘 要：随着科学技术的发展，在机械加工领域，对工件的加工精度和表面质量的要求越来越高，人们普遍关心如何提高产品的制造精度，不断改进机床和研究先进加工技术。超声振动复合加工技术就是一种先进的加工技术，能够有效的实现零件的精密加工。虽然该加工技术先进，切削效果也十分好，但是也面临着一些问题，刀具的受力问题就是其中的一种。本文通过对超声振动切削切削力计算模型的建立，分析了刀具振动振幅对切削力的影响规律，得出了振幅增大切削力减小的结论。同时，利用ANSYS有限元分析软件分析了车刀在动载荷作用下的瞬态动力学响应，得出涂层车刀在周期动载荷作用下一个周期内刀具内平均应力远小于在静载荷作用
5、下的结论，车刀基体和涂层结合处的应力最大。最后进行了车削实验研究，研究了普通无涂层刀具和涂层刀具在相同条件下的磨损情况，通过对比得出了涂层车刀相比于普通刀具更耐磨，分析了影响涂层刀具涂层磨损和剥落的影响因素，为设计涂层刀具提供了理论指导。关键词：超声振动切削，振动振幅，有限元分析，涂层刀具IThe effect of amplitudes on the stress state of turning tool under ultrasonic vibration conditionAbstract：With the development of science and technology,
6、the machining precision of the workpiece and the demand of the surface quality have become increasingly higher and higher in the field of mechanical processing, people are generally concerned about how to improve the product manufacturing accuracy, the continuous improvement of machine tools and adv
7、anced processing technology. Ultrasonic vibration composite processing technology is an advanced processing technology which can effectively achieve the precision machining of parts. Although it is equiped with the advanced processing technology and well cutting effect , it also faced with some prob
8、lems, the stress of the cutting tool is one of them. Through the establishment of the ultrasonic vibration cuttings cutting force calculation model, this paper analyses the influence of vibration amplitude of the tool cutting forces, and concludes that cutting forces increases with the amplitude dec
9、reases. At the same time, using the ANSYS finite element analysis software to analyse the tools transient dynamic response under dynamic loads, it is concluded that coating tool in the cycle of dynamic load under the action of cutting tools are far less than the average stress in a cycle under stati
10、c load case, and the largest stress appears on the substrate and coating junction. Finally, this paper has carried on a cutting experiment about ordinary uncoated and coated cutting tools wear under the same conditions, by comparison,we obtained that the coating tool is more wear-resisting than ordi
11、nary tool and analyzed the factors that influence the coating tool wear and spalling of coated tool, which provide a theoretical guidance for coated tools design.Keywords: Ultrasonic vibration cutting, Vibration amplitude, The finite element analysis, Coated toolsII目 录1 绪论11.1 研究目的和意义11.2 超声振动加工技术的国
12、内外研究进展11.3 本课题主要研究内容42 超声振动切削切削力的理论研究42.1 引言52.2 超声振动基本运动分析52.3 切削力的计算方法72.3.1 普通切削切削力计算方法72.3.2 超声振动切削切削力计算方法92.4 振动振幅对切削力影响的研究112.5 本章小结123 超声振动切削的有限元仿真研究123.1 引言123.2 ANSYS有限元分析软件简介133.2.1 CAE技术及其发展133.2.2 ANSYS的特点及应用143.2.3 ANSYS分析的一般流程153.3 ANSYS分析过程163.3.1 ANSYS瞬态动力学分析介绍163.3.2 车刀瞬态动力学分析过程173.
13、3.3 结果分析203.4 本章小结254 实验研究264.1 引言264.2 实验过程264.2.1 实验数据264.2.2 进行实验284.3 实验结果284.3.1 普通车刀实验284.3.2 涂层刀具实验294.4 本章小结305 结论31参考文献33致 谢34IV太原工业学院毕业设计1 绪论1.1 研究目的和意义随着科学技术的发展，在机械加工领域，对工件的加工精度和表面质量的要求越来越高，人们普遍关心如何提高产品的制造精度。为了提高产品制造精度、提高产品质量，发展精密和超精密加工技术，很多国家都曾致力于精密与超精密加工机床的研究，以此来实现零件的精密加工。例如美国劳伦斯利弗莫尔（LL
14、NL）实验室和Y12工厂联合于二十世纪八十年代初期研制出的DTM3型84英寸大型超精密金刚石车床，该车床能达到很高的加工精度，形状误差能达到纳米级，实现超精密加工；又如日本住友重机械公司（住友重機械）于1985年成功研制出超精密平面磨床KSX-815型，历时6年，该磨床加工精度极高，磨削后平面度可达1。但是，一些超精密和超精密机床的造价十分昂贵，严重限制了它们的使用，因此人们通过探索新型的加工技术来达到零件的精密加工。超声振动复合加工技术就是其中的一种，该技术在上世纪60年代出现，后来逐渐发展为一种先进制造技术，首先出现在日本、美国等国家，作为精密和超精密级加工技术和难加工材料加工的一种先进技术，它目前已渗透到航空、航天、军工等领域，应用十分广泛。在研究新型加工技术的同时，人们也在不断改进刀具，涂层刀具便是其中一种，它使刀具具有优良的综合机械性能，大大提升刀具寿命。近年来，涂层刀具的研究已经取得了很大的进展，人们把先进的刀具和先进的加工技术相结合，取得了良好的结果。由于超声振动复合加工技术对于各种加工过程，例如车削、磨削等加工过程，在同样的加工条件下具有加工过程稳定、加工效率更高、刀具耐用度更高、加工零件表面质量更好、加工精度更高和表面粗糙度更小等各种优点，因此我们有必要对其进行深入研究。当涂层刀具应用与超声振动切削时，可以很好的克服刀具磨损、
