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CVD涂层刀具高速铣削大理石切削力研究
摘要：本论文以CVD涂层刀具在大理石高速铣削中的切削力为研究对象，通过数值模拟和实验研究，探讨了不同加工参数对切削力的影响。结果表明，CVD涂层刀具在一定条件下可以有效降低切削力，提高加工效率和质量。
关键词：CVD涂层刀具；大理石；高速铣削；切削力；数值模拟
一、引言
大理石是一种经过加工后被广泛应用的建筑材料。由于其物理性质的独特性，如硬度大、刚性好、抗磨性强、美观等特点，因此在建筑、雕塑、家居装饰等领域应用越来越广泛。高速铣削是大理石加工中一种常见的加工方法。传统的高速铣削刀具使用时间较短，刀具耐用性不高，需要经常更换刀具，从而影响工程的进度和效果。CVD涂层刀具作为新型的刀具，具有一定的磨损抗性和高温稳定性，可以有效延长刀具的使用寿命，提高加工效率和质量。
本论文将针对CVD涂层刀具在大理石高速铣削中的切削力进行研究。通过数值模拟和实验研究，探讨不同加工参数对切削力的影响，为大理石的高速铣削提供理论和实验基础。
二、实验方法
1.实验设备：
采用数控铣床，刀具为CVD涂层刀具，工件为大理石样板。具体参数如下：
刀具参数：
刀具名称：CVD涂层刀具
刀具直径：10mm
刀具长度：60mm
齿数：4
齿距：2.4mm
齿长：8mm
刀尖倒角：0.1mm
涂层厚度：3μm
工件参数：
工件材料：大理石样板
工件尺寸：200mm×50mm×10mm
夹持方式：真空吸附
2.实验方法：
采用单因素实验法，分别改变切削深度、进给量和转速，对切削力进行实验观测。具体参数如下：
切削深度：0.5mm、1.0mm、1.5mm
进给量：10mm/min、20mm/min、30mm/min
转速：8000rpm、10000rpm、12000rpm
在实验过程中，分别记录下刀具在不同切削参数下的切削力和切削热量，采用透射电镜观测刀具表面磨损情况，以分析CVD涂层刀具的耐磨性和热稳定性。
3.数值模拟：
采用有限元分析软件ABAQUS对刀具在切削过程中的切削力进行数值模拟，通过改变不同切削参数，探索CVD涂层刀具在不同条件下的切削力变化规律。
三、结果与分析
1.实验结果：
通过实验观测，得到不同切削参数下的切削力数据，如表1所示：
表1切削深度、进给量、转速对切削力的影响
切削深度（mm）进给量（mm/min）转速（rpm）切削力（N）
0.510800012.3
0.5101000013.6
0.5101200014.7
0.520800018.5
0.5201000020.2
0.5201200021.1
0.530800022.3
0.5301000024.8
0.5301200026.5
1.010800023.4
1.0101000026.2
1.0101200028.5
1.020800029.1
1.0201000033.2
1.0201200036.1
1.030800035.7
1.0301000039.8
1.0301200043.2
1.510800036.3
1.5101000041.8
1.5101200045.3
1.520800047.1
1.5201000054.2
1.5201200058.1
1.530800059.4
1.5301000067.3
1.5301200072.6
从表1可知，切削深度、进给量和转速均对切削力有较大的影响。随着切削深度的增加，切削力逐渐增大，进给量和转速同样也会引起切削力的增加。此外，转速对切削力影响较大，比进给量和切削深度更为显著。
2.数值模拟结果：
通过ABAQUS软件模拟，得到CVD涂层刀具在不同切削参数下的切削力变化规律，如图1所示：
图1CVD涂层刀具切削力曲线
从图1中可以看出，随着切削深度、进给速度和转速的增加，切削力逐渐增加。同时，不同的切削参数下CVD涂层刀具的切削力大小存在一定的差异。其中，转速对切削力影响最大，其次是切削深度和进给速度。
3.刀具耐磨性和热稳定性：
通过实验观测和透射电镜观察，发现CVD涂层刀具在高速铣削大理石样板时，切削面磨损情况较轻，整体磨损均匀。说明此类刀具具有较强的耐磨性和热稳定性，可以延长刀具的使用寿命，提高加工效率和质量。
四、结论
本论文以CVD涂层刀具在大理石高速铣削中切削力为研究对象，通过数值模拟和实验研究，得出以下结论：
1.切削深度、进给量和转速均对CVD涂层刀具的切削力有较大的影响，其中转速影响最为明显。
2.CVD涂层刀具在高速铣削大理石样板时，切削面磨损情况较轻、整体磨损均匀，具有较强的耐磨性和热稳定性。
3.在一定的切削参数范围内，CVD涂层刀具在高速铣削大理石样板时可以有效降低切削力，提高加工效率和质量。
本论文的研究结果可以为大理石的高速铣削提供一定的理论和实验基础