薄壁件精密切削變形控制與誤差補償技術(shù)研究.pdf

1、為了實現(xiàn)減重和增效的目的，在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，廣泛采用了鈦合金等高強度-重量比材料制成的薄壁零件，如機匣和葉片等。從數(shù)控銑削加工角度看，此類零件具有薄壁、剛性差、切削力大的特點。在精密切削過程中，切削力作用下的刀具-工件彈性變形、切削表層殘余應(yīng)力引起的工件扭曲變形以及刀具-工件系統(tǒng)加工振動現(xiàn)象是影響加工精度和型面質(zhì)量的三個最為突出的因素。為此，圍繞薄壁零件高效精密切削加工亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，遵循誤差源識別、加工過程仿真、誤差控

2、制補償、工藝方案優(yōu)化和實驗驗證的總體思路，本文主要開展了以下幾個方面的研究工作： 一、切削過程數(shù)值模擬。在闡述切屑一工件分離準則、刀具-切屑界面接觸摩擦行為、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)和切削條件下材料屈服流動本構(gòu)模型的基礎(chǔ)之上，建立切削加工過程的有限元仿真模型，模擬鈦合金TC11連續(xù)狀和鋸齒狀切屑的形成過程，同時給出切削區(qū)域應(yīng)力場、應(yīng)變場以及溫度場的分布狀態(tài)信息。實驗和模擬結(jié)果表明，就切削力的大小而言，鋸齒狀切屑的情形小于連續(xù)狀切屑的情

3、形。 二、薄壁零件加工彈性變形誤差預(yù)測與補償方法。提出加工表面靜態(tài)誤差預(yù)測、補償總體方案，利用有限元模擬技術(shù)結(jié)合切削力模型，迭代求解各個刀位點處的彈性讓刀變形量，據(jù)此修正原始的數(shù)控刀具軌跡代碼，達到消除加工變形誤差的目的。文中基于單位切削力系數(shù)法，分別建立平底刀側(cè)銑、球頭刀點銑時的切削力預(yù)報模型，并討論了將切削力大小向刀齒和工件單元節(jié)點的等效離散方法。對薄壁平板的切削試驗證實，運用多層次循環(huán)誤差補償方式，可以獲得很高的加工精度。

4、 三、薄壁零件切削扭曲變形控制方法。利用鉆孔法測量鈦合金材料銑削加工表層殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，經(jīng)過離散后輸入至有限元模型，模擬單面行切法和雙面環(huán)切法這兩種不同走刀方式下的零件扭曲變形行為。仿真結(jié)果表明，采用雙面環(huán)切工藝有利于保持銑削表層殘余應(yīng)力始終處于平衡狀態(tài)，能夠較好的解決加工過程中薄壁零件的扭曲變形問題，顯著提高型面的加工精度。通過采用雙面銑削工藝，薄壁葉片葉尖區(qū)域沿厚度方向的最大數(shù)控加工誤差比采用單面銑削工藝平均降低了一個數(shù)

5、量級。 四、薄壁零件加工顫振抑制方法?；谇邢鲃恿W(xué)模型，利用模態(tài)分析方法識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性參數(shù)，建立加工穩(wěn)定性極限判定準則，以指導(dǎo)選取主軸轉(zhuǎn)速和切削深度等工藝參數(shù)，從而將切削過程控制在穩(wěn)定區(qū)域之內(nèi)。此外，針對薄壁自由曲面葉片而言，通過合理設(shè)計葉身半精加工余量的分布規(guī)律，在減少前后緣和葉尖部位精加工切除量的同時減小切削力的大小，改善葉片在精加工過程中的剛性狀態(tài)，能夠有效抑制加工顫振現(xiàn)象的發(fā)生。 本文的部分研究結(jié)果，已