轮廓曲面铣削加工的让刀误差研究

论文摘要

曲面加工在航空航天、汽车、模具等工业领域占有重要地位,提高曲面零件的加工精度是业界不懈奋斗的目标。传统的加工工艺方案仅考虑了加工过程中工件与刀具的几何形状,而忽略了加工过程的切削力、让刀变形等物理因素。为避免出现过载、振动等对加工不利的现象,实际生产中往往采用保守的加工参数,从而制约了加工效率的提高。众多的研究结果表明,在模具型面等非薄壁零件的加工中,由切削力引起的刀具变形产生的让刀误差是加工误差的最主要来源。本文以轮廓曲面铣削加工为研究对象,主要研究内容如下：(1)以微分法为基础将立铣刀沿刀具轴向离散成一系列微小厚度的圆盘,刀具切削刃相应离散成切削微元,考虑切削过程的剪切作用与犁切作用双重效应,建立立铣刀铣削力经验模型。铣削力模型中的切削系数通过平面槽切实验进行识别,并用槽切实验验证铣削力模型是有效的。(2)将立铣刀看作悬臂梁,考虑刀具切削刃和刀柄的结构差异,建立适用于立铣刀让刀变形的分段悬臂梁模型。通过计算实例分析悬臂梁载荷近似方法的有效性,然后基于离散分布力建立了立铣刀让刀变形模型。让刀变形模型中的变形系数通过悬垂实验进行识别,并用悬垂实验验证让刀变形模型是有效的。(3)与平直面铣削加工相比,轮廓曲面铣削加工的主要特点包括加工过程中刀具进给方向的连续变化和刀具与工件切触角的不断变化。针对轮廓曲面铣削加工,将铣削过程离散近似成一系列变化的微小铣削阶段,在各微小铣削阶段中刀具进给方向可以由刀具运动起止位置来确定,刀具与工件切触角可通过求解刀具几何轮廓与工件未加工表面轮廓的交点来确定。(4)让刀误差是铣削力和让刀变形相平衡条件下的结果,让刀误差预测必须考虑让刀变形对铣削力的反馈作用。建立考虑铣削力与让刀变形耦合作用的柔性铣削力模型,在此基础上结合让刀误差形成机理完成轮廓曲面铣削加工让刀误差的预测。最后通过自由轮廓曲面铣削实验验证让刀误差模型是有效的和让刀误差预测方法是正确的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景与研究意义
• 1.1.1 数控仿真
• 1.1.2 轮廓曲面加工
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 立铣刀铣削力
• 1.2.2 让刀变形和误差
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文主要内容
• 2 立铣刀铣削力建模
• 2.1 引言
• 2.2 微元铣削力模型
• 2.2.1 微元铣削力
• 2.2.2 切削刃曲线
• 2.2.3 未变形切屑厚度
• 2.3 多刃整体铣削力
• 2.4 切削系数识别
• 2.5 切削系数识别实验
• 2.5.1 实验设备
• 2.5.2 实验方案
• 2.5.3 实验结果
• 2.6 本章小结
• 3 立铣刀让刀变形建模
• 3.1 引言
• 3.2 载荷作用下刀具变形分析
• 3.2.1 刀具变形相关概念
• 3.2.2 刀具变形情况分析
• 3.3 集中力和分布力悬臂梁比较
• 3.4 让刀变形模型
• 3.4.1 集中力悬臂梁模型
• 3.4.2 分布力悬臂梁模型
• 3.5 变形系数识别
• 3.6 变形系数识别实验
• 3.6.1 实验装置
• 3.6.2 实验方案
• 3.6.3 实验结果
• 3.7 本章小结
• 4 轮廓曲面加工中的过程参量
• 4.1 引言
• 4.2 离散近似假设
• 4.3 刀具进给方向标定
• 4.4 刀具与工件接触角确定
• 4.4.1 刀具与工件表面交点
• 4.4.2 接触角和切入切出角
• 4.5 仿真计算实例
• 4.6 本章小结
• 5 轮廓曲面加工中的让刀误差
• 5.1 引言
• 5.2 柔性铣削力
• 5.3 让刀误差
• 5.3.1 让刀误差生成机理
• 5.3.2 轮廓曲面让刀误差
• 5.4 让刀误差实验
• 5.4.1 实验设备
• 5.4.2 实验方案
• 5.4.3 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢