汽車模具銑削加工系統(tǒng)動力學(xué)及工藝規(guī)劃.pdf

1、汽車覆蓋件模具的加工精度和加工效率直接影響了汽車生產(chǎn)與換型周期，其材料多為Cr12MoV和7CrSiMnMoV，屬于典型高強(qiáng)度、高硬度材料。本文以汽車模具銑削加工系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行動力學(xué)特性、銑削穩(wěn)定性和綜合剛度場的建模與分析，并規(guī)劃穩(wěn)定銑削加工工藝，具體如下：
　　主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性直接影響銑削穩(wěn)定性。為了準(zhǔn)確建立主軸系統(tǒng)動力學(xué)模型，考慮主軸系統(tǒng)銑削狀態(tài)下產(chǎn)生的軸向銑削力和離心力的影響，建立主軸結(jié)合面接觸剛度解析模型，并引入到

2、主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性模型中，得到了主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性變化規(guī)律。然后，考慮主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性采用頻域法進(jìn)行銑削穩(wěn)定性預(yù)測，分析主軸旋轉(zhuǎn)引起的離心力、軸向銑削力和刀具參數(shù)對銑削穩(wěn)定域的影響，最后進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)，證明了主軸系統(tǒng)動力學(xué)特性和銑削穩(wěn)定性預(yù)測在考慮結(jié)合面和離心力的影響下預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確。
　　綜合刀柄-刀具子系統(tǒng)和工件子系統(tǒng)動態(tài)特性建立刀具-工件系統(tǒng)綜合動剛度模型，基于刀柄-刀具子系統(tǒng)的有限元動力學(xué)模型，分析主軸轉(zhuǎn)速、刀具懸伸量等

3、參數(shù)對刀柄-刀具子系統(tǒng)動剛度的影響規(guī)律。建立工件子系統(tǒng)有限元動力學(xué)模型，分析工件型面曲率和加工位置等因素對工件子系統(tǒng)動剛度的影響規(guī)律。基于刀具-工件系統(tǒng)的綜合動剛度模型，研究在模具不同曲率、不同加工位置時(shí)，刀具-工件的綜合動剛度分布規(guī)律，并提出表征整體工藝系統(tǒng)綜合動剛度性能的強(qiáng)化指標(biāo)，來描述模具加工系統(tǒng)動剛度較高的頻率區(qū)間。然后考慮刀具-工件加工系統(tǒng)動力學(xué)特性采用頻域法建立三維銑削穩(wěn)定性模型，分析工件型面曲率和銑削加工位置對銑削顫振穩(wěn)定

4、域的影響規(guī)律，并進(jìn)行銑削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　以四軸數(shù)控加工中心為例，研究刀具的空間位姿（姿態(tài)與位置）的變化對具有凸曲面及陡立面等特征的模具加工系統(tǒng)綜合剛度場的影響，進(jìn)行相應(yīng)的分析與評價(jià)。首先在模具表面選取需分析的關(guān)鍵點(diǎn)，在獲得工件材料特性及形狀尺寸的前提下，通過有限元獲取這些點(diǎn)的剛度矩陣；其次，針對該模具的加工系統(tǒng)，對綜合剛度場分析方面所需要的參數(shù)進(jìn)行測量；再次，利用系統(tǒng)剛度場半解析計(jì)算方法，依據(jù)多體小變形理論，通過雅克比矩陣、點(diǎn)

5、傳遞矩陣、有限元等方法對系統(tǒng)的綜合剛度場進(jìn)行建模；最后，通過引入空間力橢球?qū)ζ溥M(jìn)行解耦，并選取力橢球不同的幾何特性參數(shù)作為剛度性能指標(biāo)，進(jìn)行綜合剛度場分析，從而獲得加工系統(tǒng)在該刀具空間位姿下的綜合剛度性能分布規(guī)律。
　　綜合考慮汽車模具加工工藝系統(tǒng)剛度場和銑削顫振穩(wěn)定性進(jìn)行典型汽車模具加工工藝規(guī)劃。基于綜合剛度場和力橢球分析，進(jìn)行刀具姿態(tài)選定和刀尖點(diǎn)變形誤差分析，并通過刀具路徑補(bǔ)償方法進(jìn)行刀尖點(diǎn)變形補(bǔ)償；然后以無顫振穩(wěn)定銑削、動態(tài)