薄壁件銑削加工振動分析以及變形預(yù)測.pdf

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方式已難于滿足工業(yè)的需求。高速切削(High SpeedCutting，HSC)加工技術(shù)應(yīng)運而生，高速加工技術(shù)采用超硬材料刀具和磨具，利用高精度、高自動化和高柔性的制造設(shè)備，以實現(xiàn)提高切削速度來達到提高加工效率和加工質(zhì)量，降低加工成本的目標。在航空、航天中高速切削加工技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。但是航空、航天產(chǎn)品中多采用質(zhì)量較輕的鋁合金薄壁零件，在高速加工中極易出現(xiàn)振動現(xiàn)象，導(dǎo)致工件加工變形增大，難以滿足加工要求。

2、因此需要在加工前基于加工參數(shù)對工件的加工變形情況進行預(yù)測，優(yōu)化加工參數(shù)，以提高加工質(zhì)量和成品率。
　　然而，實現(xiàn)鋁合金薄壁零件的加工變形預(yù)測，存在以下幾個難點:(1)基于切削參數(shù)的動態(tài)銑削力模型的構(gòu)建，(2)動態(tài)切削力作用下的加工系統(tǒng)動力學(xué)模型的構(gòu)建及系統(tǒng)動力學(xué)行為預(yù)測，(3)動態(tài)切削力作用下的薄壁件加工變形預(yù)測模型的構(gòu)建。為解決這些問題，本文以懸臂板結(jié)構(gòu)的典型薄壁件為研究對象，對薄壁件高速加工工藝系統(tǒng)進行了模態(tài)分析、銑削力建模、

3、加工系統(tǒng)動力學(xué)建模及振動特性分析、加工變形預(yù)測建模等方面的研究。其主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)通過分析薄壁件銑削加工工藝系統(tǒng)的特點，機床的剛度相對于工件和刀具較高，因此將加工工藝系統(tǒng)簡化為工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)。分別對工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)進行模態(tài)分析，獲取加工工藝系統(tǒng)振型最突出的平面，以及在該平面內(nèi)的模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度等模態(tài)參數(shù)，為后續(xù)薄壁件加工系統(tǒng)動力學(xué)模型的構(gòu)建提供基礎(chǔ)。
　　(2)提出了一種動態(tài)切

4、削力建模方法，首先通過分析銑削機理，將切削刃的切削過程細分為切入、穩(wěn)定和切出三個時間段，分別建立不同時間段切削刃的微元切削力模型，再通過分析某一瞬時參與銑削的單齒切削刃長度，將該長度上的所有微元切削力進行積分，并計算該時刻參與切削的銑刀的齒數(shù)，將所有刀齒上的切削力求和，從而建立整個刀具的動態(tài)切削力模型，然后通過銑削力、刀具和工件的振動位移關(guān)系，建立基于動態(tài)位移的銑削力模型，最后通過試驗驗證了該方法的正確性。
　　(3)基于系統(tǒng)模態(tài)

5、分析和動態(tài)切削力模型，通過分析銑削力與加工工藝系統(tǒng)振動的關(guān)系，構(gòu)建了薄壁件側(cè)壁加工工藝系統(tǒng)的動力學(xué)模型，用于分析加工系統(tǒng)的動力學(xué)特性，并基于該模型提出了一種薄壁件銑削加工顫振穩(wěn)定性的預(yù)測方法，該方法采用銑削穩(wěn)定性葉瓣圖來判斷不同切削參數(shù)條件下加工的穩(wěn)定性，最后通過試驗驗證了模型和方法的正確性。
　　(4)基于動態(tài)銑削力模型和顫振穩(wěn)定性預(yù)測方法，構(gòu)建了薄壁件加工變形預(yù)測有限元模型，實現(xiàn)了薄壁件加工前的變形預(yù)測，從而為薄壁件銑削加工工