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基于ANSYS Workbench的不同悬伸量整体硬质合金立铣刀模态分析

基于ANSYS Workbench的不同悬伸量整体硬质合金立铣刀模态分析

在高速铣削加工中,整体硬质合金立铣刀的动态特性直接影响加工质量和刀具寿命。悬伸量作为关键结构参数,对刀具的模态特性具有显著影响。本文基于ANSYS Workbench平台,对不同悬伸量下的整体硬质合金立铣刀进行模态分析,探讨其振动特性与加工性能的关联。建立了硬质合金立铣刀的三维模型,设定悬伸量分别为3D、4D、5D(D为刀具直径)三种典型工况。通过ANSYS Workbench的模态分析模块,计算了各悬伸量下的前六阶固有频率和振型。分析结果表明:随着悬伸量的增加,刀具的各阶固有频率均呈现下降趋势。具体而言,3D悬伸时一阶固有频率为1256 Hz,而5D悬伸时降至892 Hz,降幅达29%。这种频率降低会导致刀具在加工过程中更容易接近机床主轴的工作频率区间,从而增大共振风险。在振型分析方面,低阶模态主要表现为弯曲振动,高阶模态则出现扭转和复合振动形式。当悬伸量增大时,振型的节点位置向刀柄方向移动,刀具前端的振幅明显增大。这种变化在实际加工中会直接影响切削稳定性,特别是5D悬伸刀具在1800-2500 Hz频段内出现密集模态,极易引发颤振。进一步结合加工应用分析发现:较小悬伸量(3D)的刀具具有更高的刚度,适合高强度材料加工和较大切削参数工况;而较大悬伸量(5D)刀具虽然可达性更好,但需相应降低转速和进给量以避免共振。通过模态分析优化悬伸量选择,可有效提升硬质合金立铣刀的加工效率和使用寿命。本研究为硬质合金刀具的结构设计和工艺参数优化提供了重要理论依据。

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更新时间:2025-10-28 20:04:06

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