本文是一篇机械论文，本文对刀具铣削加工过程进行仿真，因模拟时间太长，产生的数据太大，所以模拟组数较少。后续研究中将应用适当的建模方法，建立数学模型，设置更多组仿真试验，去定量的研究切削刃曲率影响刀具磨损的规律。
第一章绪论
1.1课题研究背景及意义
随着我国制造业进程持续稳步发展，工业水平显著提高，国家形成了以制造行业为龙头企业的发展形态[1-4]，如图1.1所示为制造业中的机加工。机械制造业的快速发展，为刀具提升性能给予了巨大的空间[5,6]。图1.2为机加工过程中使用的部分刀具。
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刀具的磨损是影响切削加工质量的重要指标[7]。如图1.3所示，刀具在加工过程中，在高温高压作用下，受到切屑和工件的摩擦作用，致使刀具的前后刀面逐渐产生磨损[8]。
在切削加工过程中，刀具未产生磨损的状态下，刀具受到的应力主要分布在前后刀面上。当刀具产生磨损后，刀具上的应力分布产生了变化，主要集中于前刀面受损的位置，也就是月牙洼部分。月牙洼越深，表面积越大，应力越集中于月牙洼，刀尖很容易由于应力集中产生破损而崩刃。
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1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
陈博川等[11]人研究了不同冷却润滑方式对钛合金铣削加工的影响。石莉等[12]人研究了在有切削液和无切削液这两种不同冷却方式下的刀具磨损状态。刀具采用H13A硬质合金，工件采用TC4钛合金。选用在切削速度为150m/min的正交车铣加工中心和切削速度为200m/min的高速铣床进行顺铣干/湿试验。经过试验研究发现，在无冷却液且正交车铣的条件下，刀具磨损量最小，且切削性能最好。切削液影响刀具寿命的根本原因是切削液将硬质合金和钛合金在切削过程中形成的粘结颗粒冲走，从而造成的刀具磨损。
薛明明等[13]人研究了涂层刀具PCBN和无涂层刀具PCBN加工淬硬钢的刀具寿命问题。选用涂层刀具PCBN和无涂层刀具PCBN两种刀具，在相同的切削参数下，对淬硬钢工件进行外圆干式车削试验。利用数码显微镜测量后刀面磨损宽度，对比发现无涂层刀具的后刀面磨损宽度大于涂层刀具的后刀面磨损宽度。无涂层刀具相对于涂层刀具的后刀面的犁沟现象更加明显，且随着切削速度的增大，两者的磨损程度增大。于凤云等[14]人为了解决加工奥氏体不锈钢304L材料的刀具磨损问题，选用4种不同材料（CP135、GC4205、YBC151、NC9020）的刀具对奥氏体不锈钢304L进行车削试验研究。试验发现GC4205刀具相较于其他三种刀具，切削力较小，已加工工件表面粗糙度较小，刀具产生磨损量较小，更长时间的刀具寿命。
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第二章刀具磨损及切削刃曲率
2.1刀具磨损
2.1.1刀具磨损类型
刀具磨损形式可分为正常磨损和非正常磨损两类[46]。图2.1所示为刀具的前刀面磨损，图2.2所示为刀具的后刀面磨损。图2.3所示为刀具前后刀面的磨损示意图。
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2.2铣削温度对刀具磨损的影响
切削热与切削温度是切削过程中的两个重要的物理现象，它们和刀具磨损的机理与磨损的剧烈程度有着直接的联系。在切削过程中，刀具、工件和切屑之间相互摩擦而产生的摩擦功，切屑的弹塑性变形等因素会使切削过程产生大量的热，这就是切削热。切削温度是指切削区域的平均温度。切削热产生越多，相应的切削温度越高[49]。切削温度的高低取决于切削区域产生热量的多少和散热条件两方面的因素。如果生热少、散热条件优良，则切削温度较低；如果生热多，散热条件差，则切削温度较高。切削温度是影响刀具磨损的重要物理参数，切削温度越高，刀具磨损程度越剧烈[50,51]。
在切削液、切削用量、刀具材料、工件材料和刀具角度等相同因素下，影响铣削温度的主要因素为刀具切削刃曲率。铣削温度的高低取决于铣削区域产生热量的多少和散热条件两方面因素。而改变切削刃曲率会造成最大切削宽度、最大有效切削弧长和最大铣削面积的变化。当最大切削宽度和最大铣削面积变化时，切屑与切削刃的接触长度同比例变化，严重变形层在切削层中的比例不变，单位切削力也不变，但总的铣削面积成比例变化，单位时间内金属去除率产生变化，克服被加工材料切削变形的阻力变化，使得切削力变化。铣削功率大小随之变化，铣削功率的大小影响着产生热量的大小；最大有效切削弧长的变化影响散热条件的变化。这两者使得铣削温度变化，进而影响刀具磨损量的大小。
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第三章切削刃曲率对刀具磨损影响的有限元分析...................21
3.1有限元仿真软件的选择..........................21
3.2 Deform-3D有限元仿真软件........................21
第四章刀具磨损的试验研究............................40
4.1试验设备与试验方案...................40
4.1.1试验设备..........................40
4.1.2试验方案.............................42
第五章总结与展望..................................49
5.1研究结果与结论.......................49
5.2工作展望..................................49
第四章刀具磨损的试验研究
4.1试验设备与试验方案
4.1.1试验设备
试验所选用的机床为YCM-V65A立式加工中心。立式加工中心主轴转速范围从60rpm到8000rpm，能够实现x、y、z方向的运动，运动行程分别为x轴650mm、y轴400mm、z轴480mm。
试件：试件材料采用45钢，其化学成分如表4.1所示。试件的规格为300mm×200mm×20mm。如图4.1所示。
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第五章总结与展望
5.1研究结果与结论
本文对鼓形铣刀在不同切削刃曲率条件下铣削同尺寸工件的磨损进行了研究。首先给出了最大切削宽度、最大有效切削弧长和最大铣削面积的计算公式，计算了5组母线半径/切削刃曲率对应的最大切削宽度、最大有效切削弧长和最大铣削面积，分析了其对刀具铣削力、铣削温度和前刀面磨损的影响，为仿真与试验打下坚实的理论基础。然后进行了有限元仿真模拟，研究了切削刃曲率对铣削合力及其各个方向上的分力、铣削温度和前刀面磨损深度的影响规律，并通过第二章的铺垫进行了深层次的理论分析。最后进行了相同铣削条件下的试验，测量铣削过程中的铣削力并且观测前刀面的磨损深度，用来验证仿真的正确性。
(1)铣削合力F和分力Fx、Fy增大的原因是，随着刀具曲率半径的增大，最大切削宽度和最大铣削面积增大，单位时间内金属去除率增大，克服被加工材料切削变形的阻力变大，进而铣削合力和分力Fx、Fy增大。
(2)铣削合力F和分力Fx、Fy随着切削刃的曲率半径的增大而增大，但增长的幅度却在降低。
(3)温度直接影响刀具的磨损。温度随着切削刃的曲率半径的增大而增大，增长的幅度却降低。
(4)前刀面的磨损深度随着切削刃的曲率半径的增大而增大，增长的幅度却降低。
(5)前刀面出现了明显的粘结现象和大量凹坑，凹坑主要集中于刀具最大回转半径处的切削刃附近。
(6)仿真与试验所得的趋势基本一致，试验验证了有限元仿真的正确性。
参考文献（略）