【正文】 采取圓弧連接，相鄰兩齒在軸向錯(cuò)開(kāi)一定的距離。與等螺旋角5176。圖7 半精切刀具輪廓 the contour of semifinished milling根據(jù)工藝要求，一般轉(zhuǎn)子輪槽在加工時(shí)，半精加工可分為一刀或兩刀。因此，對(duì)于半精銑刀的設(shè)計(jì)，其齒形精度應(yīng)與精銑刀相同，以此保證轉(zhuǎn)子輪槽精銑后的型線尺寸與精度。（1）半精切輪槽銑刀的研制半精切樅樹(shù)型輪槽銑刀是汽輪機(jī)輪槽轉(zhuǎn)子輪槽根部切削加工的第二道工序，用來(lái)粗銑樅樹(shù)型輪槽轉(zhuǎn)子的型線。使用該大螺旋角樅樹(shù)型粗切銑刀加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子根部，由于刀具切削速度矢量不垂直于切削刃，成型銑刀就具備了斜切削功能，切削刃單位長(zhǎng)度上負(fù)荷大為減少，從而獲得了切削的平穩(wěn)性［15］［18］。圖6 螺旋線導(dǎo)程與螺旋角和工件直徑的關(guān)系［13］ Relationship between lead、helix angel and the diameter of workpiece由圖6可得：P = πd/tanβ ……（）式中：P螺旋線導(dǎo)程，d工件直徑，β螺旋角。設(shè)計(jì)。樅樹(shù)型粗切銑刀等前角的設(shè)計(jì)，使粗切樅樹(shù)型輪槽銑刀在小端與大端處的前角一致，當(dāng)小端處外徑較小時(shí)，刀具的偏心距也相對(duì)較小，從而可以保證刀具的齒背的寬度，增加刀具在小端處的強(qiáng)度。由于刀具外輪廓為錐形角為，為了使刀具在前刃面為等前角，因此錐形刃刀具由于每點(diǎn)外圓直徑不同，前刃面上每點(diǎn)偏心都不同，此時(shí)刀具的前刃面已不再是一條單純的直線，而是與每一點(diǎn)外圓直徑相關(guān)的空間曲線［12］。圖4 P12粗切樅樹(shù)型輪槽銑刀 P12 rough working milling cutter（1）等前角設(shè)計(jì)通常情況下，在刀具設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)卦龃笄敖铅胦，主偏角kc，能減小切削力，并減小振動(dòng)。圖3 P12樅樹(shù)輪槽銑刀齒形 p12 fir tree milling cutter profile 粗切樅樹(shù)型輪槽銑刀是汽輪機(jī)輪槽轉(zhuǎn)子根部切削加工的第一道工序，主要用來(lái)在汽輪機(jī)輪槽根部銑削出一條槽來(lái)（開(kāi)槽），減小下兩道工序，半精加工與精加工的切削余量。由于在高速數(shù)控機(jī)床加工，要求刀具具有較高的轉(zhuǎn)速。規(guī)格P12樅樹(shù)型輪槽銑刀為P系列輪槽銑刀中規(guī)格最大的一種。在刀具設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇刀具的幾何參數(shù)，對(duì)刀具切削起著重要作用。目前，汽輪機(jī)組市場(chǎng)需求量大，前景非常廣闊，針對(duì)上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加工性能，給刀具設(shè)計(jì)提供了很大的發(fā)揮空間。 從刀具角度看，樅樹(shù)型輪槽銑刀是轉(zhuǎn)子成型加工的刀具。56上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第二章 樅樹(shù)型輪槽銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備第二章 樅樹(shù)型輪槽銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備 研究工作背景介紹汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸作為高速旋轉(zhuǎn)體，是在高溫、高壓和高速的工況下運(yùn)行的，工作條件十分惡劣，這就對(duì)零件的使用壽命和安全可靠性提出了很高的要求，尤其需要保證零件的加工精度和尺寸穩(wěn)定性，因此要求選擇的材料應(yīng)具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度、高的壽命以及優(yōu)良的導(dǎo)磁性能。國(guó)外刀具行業(yè)能大舉搶灘中國(guó)市場(chǎng)的主要原因是：國(guó)外刀具產(chǎn)品檔次高、品種全、質(zhì)量穩(wěn)定性好、整體配套服務(wù)能力強(qiáng)，從而被廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)零件精加工、高速高性能切削以及有特殊加工要求的地方，因此，諸多因素的綜合作用形成了國(guó)產(chǎn)刀具的被動(dòng)局面。運(yùn)用有限元等計(jì)算機(jī)手段可以用較低成本揭示切削加工過(guò)程，且在較短時(shí)間內(nèi)獲得較為豐富的各種數(shù)據(jù)，對(duì)高效先進(jìn)刀具的設(shè)計(jì)有很大幫助。通常，～，主、～，產(chǎn)品精度要求很高，對(duì)于成形銑削加工而言，除設(shè)備及裝夾精度外，刀具精度是加工精度的主要影響因素，樅樹(shù)型輪槽銑刀的精度將直接影響被加工輪槽轉(zhuǎn)子的的精度。根據(jù)輪槽的大小及形狀一般采用3刀或4刀的加工方法（銑削包括開(kāi)槽、粗銑型線和精銑，粗銑型線一般分為一刀或兩刀加工）。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽的加工是一道非常重要同時(shí)又很復(fù)雜的工序。高效先進(jìn)樅樹(shù)型輪槽銑刀的研究，需從刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刃磨仿真技術(shù)、制造工藝技術(shù)等多方面努力，以此提升我國(guó)汽輪機(jī)行業(yè)的制造技術(shù)水平以及參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，推動(dòng)工具行業(yè)快速持續(xù)發(fā)展。就目前樅樹(shù)型刀具發(fā)展情況而言，國(guó)內(nèi)刀具行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，近年來(lái)日本、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)發(fā)出輪槽分屑銑刀、硬質(zhì)合金鑲片等新型產(chǎn)品并用于生產(chǎn)，但價(jià)格非常昂貴。這就給樅樹(shù)型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多問(wèn)題，需要在刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和刀具鍍層等方面進(jìn)行深入研究。在今后數(shù)年內(nèi)，1000MW大型汽輪發(fā)電機(jī)組必將成為我國(guó)大型火力發(fā)電廠的主力機(jī)組［1］［4］。關(guān)鍵詞：樅樹(shù)型輪槽銑刀，高效，精密，先進(jìn)刀具 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 ABSTRACTThe Design And Manufacturing Principle and the Experiment Study on High Efficiency and Precise Fir tree milling cutterABSTRACTMetal cutting is one of the major processing technology in the manufacturing technology. It decides the machining efficiency, precision, quality and cost. In the past years, high efficiency and advanced tools have a prodigious development. Advanced tools experience a great change from the material to the Structure. This project aims to meet the two needs of high efficiency, high speed, high precision and industrial production. And the project takes example for the fir tree milling cutter, to study the design and experiment of the high efficiency and high performance tools.Fir tree milling cutter is used to process the firtype grooves in rotors. Generally speaking, the manufacturing and designing level of the fir tree milling cutter is lower than some countries, especially the finishing tools major rely on the imports. So the study on high efficiency and advanced fir tree milling cutter must take effort to the structure designing, grinding simulation technology, manufacturing technology and so on. Thus we can improve the manufacturing level of the steam turbine industry and petitive strength taking part in the international market, in order to promote the rapid and sustainable development in the tools industry.This paper major study the application to the tool modeling and the grinding simulation of technology tool structure designing. Through the study on the modeling simulation, we can have a theoretic analysis that the design of tool structure has a impact on the tool cutting. Also through the cutting experiment on the working scene, we can study the cutting force, cutting temperature, cutting vibration produced in the machining process. It can help us verify the design of tool structure in order to solve the application of the advanced tools. Key Words：fir tree milling cutter，high efficiency，precise，advanced tools 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 目錄目 錄目 錄第一章 緒論……………………………………………………………………………………….1 引言 1 研究歷程及其國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 課題的來(lái)源及研究意義 3 課題的主要內(nèi)容 3第二章 樅樹(shù)型輪槽銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備……………………………………………………….4 研究工作背景介紹 4 高效精密樅樹(shù)型輪槽銑刀設(shè)計(jì)研究 4 5 8 10 樅樹(shù)型輪槽銑刀設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 13 高效精密樅樹(shù)型輪槽銑刀制備 13 傳統(tǒng)鏟磨工藝分析 14 樅樹(shù)型輪槽銑刀高效、精密磨削工藝分析 15 本章小結(jié) 16第三章 樅樹(shù)型輪槽銑刀建模仿真研究………………………………………………………...17 建模仿真研究基本思想 17 樅樹(shù)型輪槽銑刀建模仿真研究 18 18 刀具切削溫度仿真預(yù)測(cè)分析 20 刀具切削力仿真預(yù)測(cè)分析 23 本章小結(jié) 27第四章 樅樹(shù)型輪槽銑刀切削試驗(yàn)研究………………………………………………………...28 28 試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容 28 試驗(yàn)方案 28 32 切削加工過(guò)程中的力分析 35 38 39 39 40 41 42 42 44 47第五章 總結(jié)與展望………………………………………………………………………………48 48 48參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………..50致 謝………………………………………………………………………………………………52攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文…………………………………………………………………..53 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第一章 緒論第一章 緒論 引言隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)電力的需求呈快速增長(zhǎng)之勢(shì)。本課題針對(duì)高效、高性能刀具的高效率、高速度、高精度和工業(yè)化生產(chǎn)的兩大需求，以樅樹(shù)型輪槽銑刀為列，來(lái)研究高效、高性能刀具的設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)研究。 保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。近幾十年來(lái)，高效先進(jìn)刀具得到了很大的發(fā)展，先進(jìn)刀具從材料及刀具結(jié)構(gòu)都發(fā)生了巨大的變化。本文主要研究樅樹(shù)型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)與制備，以及仿真技術(shù)對(duì)刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用；通過(guò)建模仿真的研究，以此進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)刀具切削影響的理論分析；同時(shí)通過(guò)加工現(xiàn)場(chǎng)切削試驗(yàn)，研究刀具加工時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削溫度、切削振動(dòng)，對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，從而解決先進(jìn)刀具應(yīng)用問(wèn)題。我國(guó)大型火力發(fā)電廠的單機(jī)容量從300MW到亞臨界600MW等級(jí)，目前正在向超臨界1000MW等級(jí)大型汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展。百萬(wàn)級(jí)水泵汽輪機(jī)輪槽結(jié)構(gòu)采用的是樅樹(shù)型輪槽，這種結(jié)構(gòu)的輪槽增大了葉根與輪槽的接觸面積，使載荷分布更加均勻，但其尺寸精度要求高，加工制造困難。 充分認(rèn)識(shí)并努力推廣應(yīng)用先進(jìn)切削技術(shù)和高效刀具，提高加工生產(chǎn)效率，降低成本，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，已是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展所面臨的需要盡快解決的重大問(wèn)題［6］?？傮w來(lái)說(shuō)，目前我國(guó)加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用樅樹(shù)型輪槽銑刀設(shè)計(jì)制造水平還比較低，尤其是精加工刀具還主要依賴進(jìn)口刀具為主。 葉根槽是葉片在轉(zhuǎn)子上的定位點(diǎn)，最常見(jiàn)的葉根槽形式是樅樹(shù)型槽。（2）成型銑削加工此種加工方法是目前行業(yè)內(nèi)最常用的加工方法。樅樹(shù)型輪槽型線復(fù)雜，尺寸要求精度高，型線尺寸多為封閉尺寸。目前，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬切削過(guò)程的有限元仿真開(kāi)始扮演越來(lái)越重要的角色。由于國(guó)內(nèi)刀具行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，先進(jìn)的刀具僅僅是隨著近年來(lái)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展才開(kāi)始研發(fā)生產(chǎn)，因此國(guó)產(chǎn)高性能刀具產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，發(fā)展速度緩慢，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。通過(guò)粗切、半精切、精切三種形式刀具的設(shè)計(jì)研究，形成樅樹(shù)型輪槽銑刀基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在刀具制備方面，分析了樅樹(shù)型輪槽銑刀