内容发布更新时间 : 2025/3/10 22:18:50星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

基于UG的车刀强度有限元分析

摘 要：金属切削过程中刀具各部分受到的载荷强度是不一样的，掌握各部分的应力分布状态，对于挑选零件，延长刀具使用寿命，提高车削工作安全系数都拥有很大的价值。文章中利用UG软件强大的参数化建模以及高级仿真功能，对高速钢车刀进行了有限元分析，确定了高速钢车刀工作时各点的应力分布情况。

关键词：高速钢；参数化建模；高级仿真；有限元分析 引言

在车刀进行切削运动的过程中，能够对刀具的使用寿命、工作效率以及加工的质量产生影响的原因较多，包括有刀具整体的构造情况、构成刀具的材料的性质功能，甚至刀具的外观形状也会产生一定的影响。因此，只有做好各个方面的设计，才能实现刀具在工作过程中强度、韧度、寿命以及工艺性的优质表现。所以何种情况下该使用何种刀具就变得尤为重要。文章主要利用UG的参数化建模以及高级仿真功能，研究车刀内部的应力应变状态，以便于更好的选择切削工作中的所需的刀具。 1 UG高级仿真的优势

UG高级仿真的优势非常明显，第一可以进行有限元建

模；第二则是能够将结果可视化；第三还能够实现对多种产品性能的评估解算。UG高级仿真模块的使用，为业界许多解算和材料的构建提供了帮助。

首先是对解算器的支持。通常情况下，许多行业都会期望支持解算器的系统能够做到无缝、透明，对于这一要求，UG高级仿真模块能够很好的满足这一点。在对一些解算器如NX Nastran、MSC Nas-tran和ABAQUS等提供支持时，能够提升工作的效率，不用先导出解算器文件，直接通过解算模型来进行解算，在UG高级仿真中就能够查看结果。 同时，UG高级仿真模块中的设计功能非常完善，这是因为在UG高级仿真模块中含有一个较为完善的材料库，在设计时能够根据设计者的需求来完成任务，创建的材料能够拥有各向同性、各向异性、正交各向异性，并且如果设计者有需求，还能够设计流体和超弹性材料。文章就将使用UG高级仿真模块对高速钢车刀模型进行有限元分析。 2 车刀参数化力学模型的建立

通常情况下，在进行金属切削时，我们需要重点考虑刀具的切削力，切削力的大小与金属和刀具的构成有非常大的关系，因为这是一种在切削过程中金属对刀具抵抗所产生的阻力，此时，要对切削力进行准确的分析，就需要进行建模计算，提前对刀具的受力情况进行预测。因此，可以建立一个以切削主运动速度方向、切深方向以及机床进给方向的空

间直角坐标系OXYZ，以三个方向的分析来对切削力的分解进行观察计算，在此模型中，以Fz来代表切向力、切深抗力，Fy来表示径向力和进给抗力，Fx则为轴向力，见图1。[2] 从受力分析图中来看，机床的进给系统会受到进给抗力Fx，进给抗力的作用，能够将机床进给系统的受力情况进行预测，尤其是进给系统中的核心零部件。然后是切深抗力Fy，切深抗力整体来说不会消耗功率，但是能够对零件的加工质量有很好的检测能力，会直接影响到工艺系统的变形，也会对零件加工的效果有较大的影响。还有一种情况是切深抗力Fy对于零件变形和加工振动的影响非常大，此时很可能是工艺系统的刚性较弱，机床是以一夹具一刀具一工件的组成模式，Fy将直接作用于工艺系统并产生非常大的影响。从分力大小的角度来分析，最大的分析时主切削力Fz，在设计和使用刀具时一定要对主切削力Fz的情况进行准确的分析，同时，还可将分析主切削力Fz的数据用于对机床、夹具等零件的轻度、刚度进行核算。

3 UG环境下刀片的有限元分析 3.1 模型建立及前置处理 3.1.1 模型建立

利用UG对高速钢车刀进行精确建模，如图2所示。由于车刀工作时只要刀片受到力的作用，刀体只起到添加约束的作用，所以模型可进行简化，如图3所示，提取高速钢车