您的位置: turnitin查重官网> 工程 >> 材料工程 >简析铣削复杂曲面高性能侧铣加工技术和策略网

简析铣削复杂曲面高性能侧铣加工技术和策略网

收藏本文 2024-02-28 点赞:6195 浏览:17961 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着我国航空航天、国防、运载和能源等领域不断拓展,一些起主导作用的精密复杂零件对加工的效率、成形的精度以及成品率等指标提出了更高要求。这些曲面类零件多需利用五轴加工中心进行加工。然而,传统加工方式大都以几何学层面规划刀具路径、设定进给速度,忽略了加工历程的动力学性能。实际中,铣削加工不仅仅是一个几何历程,也是物理历程。保证零件几何形状、成形表面精度的同时,维持加工系统的稳定、最大限度提升材料去除率,已经成为高性能加工的基本要求。为此,本论文以高性能侧铣加工为探讨对象,对其中的铣削力预测、被加工表面几何误差的计算和切削稳定性等关键技术进行了探讨。1、建立刀具坐标系、旋转坐标系以及工件坐标系,浅析了刀具跳动产生的理由及相关参数,给出了包含刀具跳动的一般机床坐标变换基础;进而以通用整体刀具为例给出了刀具切削刃上一点由刀具坐标系到旋转坐标系的坐标变换,并由此推导出了含跳动的刀具切削刃绕机床主轴旋转形成旋转体表面,同时给出了刀具切削刃上一点由旋转坐标系到工件坐标系的机床坐标变换。2、建立了适用于任意五轴加工轨迹的铣削力模型。依据刀位点、刀位矢量等刀位路径信息以及进给率、主轴转速等工艺参数信息建立了刀具切削刃真实空间扫掠面;综合考虑加工参数以及跳动的影响,建立基于刀具切削刃真实空间扫掠包络面的精确瞬时未变形切削厚度模型;结合该瞬时未变形切削厚度模型,建立高性能侧铣加工五轴任意轨迹铣削力模型,并推导出了侧铣加工铣削力系数识别模型,给出了刀具/工件组合的侧铣切削力系数曲线;以上面陈述的模型为基础,对跳动参数进行了浅析和识别,给出了相应的实验结果,并对本论文提出的铣削力精确模型和传统铣削力模型之间的差别进行了浅析;利用平底立铣刀进行了一系列三轴、五轴加工实验用以验证本铣削力预测模型的精确性和有效性。3、建立了源于跳动的被加工表面几何误差求解模型并提出相应刀位补偿策略。结合跳动求解出刀位路径面上任何位置处刀具切削刃旋转体表面任一点处的速度矢量和法矢量,并利用速度矢量和法矢量间的空间位置联系以及包络原理推导出了刀具沿刀位路径的扫掠包络面;进而通过对该扫掠包络面和被加工表面最近距离浅析,得到了源于刀具跳动的被加工表面几何误差;在此基础上,浅析了刀具跳动各参数及刀具切削刃个数对上面陈述的被加工表面几何误差的影响规律;并利用最小二乘刀位规划原理对刀位路径面进行优化,结果表明该刀位规划策略能有效降低源于跳动的被加工表面几何误差。4、提出计算动态铣削系统稳定域的三阶全离散策略。在浅析了动态切削系统颤振产生理由的基础上,建立了切削系统颤振的数学模型,并利用三阶全离散法对该数学模型进行求解,同时讨论了三阶全离散法的收敛性能,得到了其动态侧铣稳定性叶瓣图;考虑到实际加工中跳动诱导的侧铣颤振的多重再生性,建立了基于多重再生效应的颤振数学模型,并利用上面陈述的三阶全离散法基本原理计算跳动有着时侧铣动态加工的稳定性叶瓣图,得到了跳动参数对稳定叶瓣图的影响规律。最后以一典型结构比例件为例,对提出的被加工表面几何误差以及相应的刀位规划策略和切削稳定性叶瓣图计算策略进行了实例验证。可以发现,利用本论文提出的策略可以有效降低被加工表面质量的同时,提升材料去除率,满足高性能加工基本要求。关键词:刀具跳动论文铣削力预测论文几何误差论文刀位规划论文切削稳定性论文

    摘要4-6

    Abstract6-11

    1 绪论11-20

    1.1 论文选题背景11

    1.2 探讨近况及评述11-17

    1.2.1 五轴加工切削力建模11-15

    1.2.2 源于跳动的被加工表面几何误差及其刀位规划策略15-16

    1.2.3 切削系统稳定性16-17

    1.3 论文结构组织17-20

    2 含有跳动的五轴机床运动变换基础20-37

    2.1 引言20

    2.2 具跳动及其分类20-24

    2.2.1 机床主轴轴线和刀具轴线不重合造成的误差21-22

    2.2.2 切削刃偏离其理想位置造成的误差22-24

    2.3 跳动对刀具切削刃实际旋转体的影响24-32

    2.3.1 刀具切削刃几何模型24-28

    2.3.2 含跳动的刀具切削刃实际旋转体28-32

    2.4 含跳动的五坐标机床运动变换32-35

    2.4.1 任意结构五坐标机床结构模型32-33

    2.4.2 任意结构五坐标机床运动变换联系33-35

    2.5 本章小结35-37

    3 基于刀具/工件相对运动的五轴加工切削力建模37-76

    3.1 引言37-38

    3.2 含跳动的铣削力预测模型38-42

    3.3 五轴加工瞬时未变形切削厚度模型42-51

    3.3.1 含跳动的切削刃扫掠面44-47

    3.3.2 切削微元参考线确定47-48

    3.3.3 瞬时未变形切削厚度计算48-51

    3.4 切削微元参与切削判断51-56

    3.5 铣削力系数识别56-65

    3.5.1 铣削力系数识别论述模型56-62

    5.3.2 铣削力系数识别实验62-65

    3.6 跳动参数识别65-67

    3.7 铣削力仿真与实验验证67-75

    3.7.1 论述模型比较与验证68-69

    3.7.2 三轴加工铣削力预测与实验验证69-72

    3.7.3 五轴加工铣削力预测与实验验证72-75

    3.8 本章小结75-76

    4 源于跳动的被加工表面几何误差确定及其刀位规划策略76-109

    4.1 引言76

    4.2 刀位路径面的表示策略76-82

    4.2.1 线性插值刀位路径面表示法77-79

    4.2.2 球面插值刀位路径面表示法79-80

    4.2.3 样条插值刀位路径面表示法80-82

    4.3 包含跳动的刀具扫掠包络面计算82-89

    4.3.1 切削刃旋转体表面上任何一点的速度矢量83-85

    4.3.2 切削刃旋转体表面上任何一点的法向矢量85-86

    4.3.3 切削刃旋转体表面扫掠而生成线上点的计算86-87

    4.4.4 扫掠包络面生成历程中需注意的不足87-89

    4.4 被加工表面几何误差确定及各参数对其影响89-103

    4.4.1 被加工表面几何误差确定91-94

    4.4.2 各参数对被加工表面几何误差影响94-103

    4.5 含跳动的刀位路径规划103-108

    4.5.1 含跳动的刀位优化论述103-105

    4.5.2 含跳动的刀位优化实例105-108

    4.6 本章小结108-109

    5 高性能动态侧铣系统稳定性预测109-131

    5.1 引言109

    5.2 动态铣削历程109-114

    5.2.1 动态切削历程中的自激振动109-111

    5.2.2 动态铣削系统的数学模型111-114

    5.3 动态铣削系统稳定域求解114-123

    5.3.1 三阶全离散法求解动态铣削系统稳定域114-118

    5.3.2 三阶全离散法收敛性能118-120

    5.3.3 三阶全离散法稳定域预测与验证120-123

    5.4 含跳动的稳定叶瓣图预测123-129

    5.5 本章小结129-131

    6 加工实验131-140

    6.1 某结构件模型131-132

    6.2 加工实验设备及工艺132-139

    6.2.1 零件外表面加工浅析134-137

    6.2.2 零件内表面加工浅析137-139

    6.3 本章小结139-140

    结论与展望140-142

copyright 2003-2024 Copyright©2020 Powered by 网络信息技术有限公司 备案号: 粤2017400971号