薄壁件高速銑削穩(wěn)定性及加工質(zhì)量應(yīng)用研究.pdf

1、薄壁件廣泛應(yīng)用在航空航天和國防工業(yè)中，它形狀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工余量較大，整體剛性較差，加工工藝性差，加工過程中易發(fā)生變形與振動。研究薄壁件高速銑削加工技術(shù)具有重要的理論意義與工程實用價值。論文根據(jù)研究的應(yīng)用背景，針對薄壁件在加工過程中出現(xiàn)的主要技術(shù)問題，基于高速銑削加工技術(shù)，圍繞薄壁件高速銑削穩(wěn)定性分析、變形預(yù)測及誤差補(bǔ)償、表面質(zhì)量控制、加工增效工藝等問題，對薄壁件高速銑削加工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。
　　通過對銑削過程的分析，考慮

2、再生顫振對穩(wěn)定性的影響，建立一維、二維、三維銑削穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型。分別采用零階頻域解析法（ZOA法）和半離散法（SD法）對銑削穩(wěn)定性邊界進(jìn)行求解，得到穩(wěn)定性葉瓣圖，對由這兩種方法得到的葉瓣圖進(jìn)行分析，并與試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗證了葉瓣圖的正確性。對側(cè)銑薄壁件時不同位置處的葉瓣圖變化規(guī)律進(jìn)行研究，用結(jié)構(gòu)的振動模態(tài)解釋了此規(guī)律的原因。
　　以典型的薄壁件——鋁合金鏡座的內(nèi)孔加工為研究對象，闡述了薄壁件高速銑削變形量預(yù)測的有限元模擬流程，利

3、用ABAQUS有限元分析軟件，研究了薄壁件加工變形預(yù)測的建模技術(shù)，裝夾變形仿真，變形量計算等問題，得到鋁合金鏡座內(nèi)孔的加工變形規(guī)律。在對加工變形規(guī)律認(rèn)識的基礎(chǔ)上，提出了薄壁件加工層次循環(huán)誤差補(bǔ)償方案，并通過加工試驗對變形規(guī)律及誤差補(bǔ)償方案進(jìn)行了驗證。內(nèi)孔銑削變形量控制在0.025mm以內(nèi)，證明了所提誤差補(bǔ)償方法是正確和有效的。
　　研究了高速銑削薄壁件加工表面形成機(jī)理，推導(dǎo)了表面粗糙度Ra與刀具半徑、徑向切深等加工參數(shù)的關(guān)系。用自

4、適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)方法對高速銑削表面粗糙度Ra進(jìn)行預(yù)測，闡述了ANFIS法的模型結(jié)構(gòu)與工作原理，建立了預(yù)測模型并對模型進(jìn)行訓(xùn)練。通過對高速銑削加工試驗的結(jié)果與ANFIS法預(yù)測得到的結(jié)果進(jìn)行比較，測量值與預(yù)測值誤差在6％以內(nèi)，從而驗證了預(yù)測模型的正確性。
　　基于遺傳算法對薄壁件高速銑削粗、精加工進(jìn)行了多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化。對生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本及表面粗糙度進(jìn)行線性加權(quán)，針對薄壁件的粗、精加工階段設(shè)置不同的加權(quán)系數(shù)。粗加工

5、階段以生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本作為主要優(yōu)化目標(biāo)，精加工階段以表面粗糙度作為主要優(yōu)化目標(biāo)。設(shè)計變量的編碼根據(jù)模式定理進(jìn)行交叉編碼。對優(yōu)化前后的切削參數(shù)進(jìn)行對比，為優(yōu)選薄壁件高速銑削參數(shù)提供了理論方法和試驗依據(jù)。
　　為了滿足高速銑削高切削率要求，提出了模糊控制、在線調(diào)節(jié)進(jìn)給量實現(xiàn)恒力切削的方法。模糊控制器輸入變量為參考力與實際切削力之差以及二者偏差的變化率，經(jīng)過模糊化、模糊推理及去模糊運算過程，輸出每齒進(jìn)給量的變化量。其中模糊控制器采用模糊

6、規(guī)則在線自調(diào)整，輸出比例因子在線自適應(yīng)的控制策略。采用3-3-5-1型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了數(shù)控高速銑削過程模型，輸入切削參數(shù)，輸出為實際切削力。將模糊控制器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩者結(jié)合，構(gòu)建了高速銑削恒力控制模型。該模型通過仿真和實際驗證，金屬切除率分別提高18％和29％。
　　對于罩殼型腔粗、精加工，利用穩(wěn)定性葉瓣圖選擇合適的切削參數(shù);對于整體葉輪，從毛坯、刀具的選擇、夾具的設(shè)計以及整體葉輪加工工藝流程、數(shù)控程序的編制及仿真、試件的加工