薄壁件铣削加工变形机理与预测技术研究

摘要

机电产品中很多产品的关键零件都是薄壁件。目前，由于结构复杂、协调精度要求高、厚度多变以及壁薄等特点，薄壁件的加工多采用数控铣床。薄壁件在铣削加工过程中，由于其壁薄、刚度弱，因此在大切削力、装夹力、初始残余应力等因素作用下极易发生变形，从而影响了零件的加工精度和表面质量，严重时甚至造成零件的报废，严重阻碍了制造业尤其是航空制造业的发展。因此，研究薄壁件铣削加工过程中铣削力对工件变形的影响对于控制其变形具有重要意义。本文的主要工作是在了解国内外相关技术的基础上，对薄壁件铣削加工机理进行了深入研究;建立了薄壁零件铣削过程中铣削力预测模型并进行试验验证;针对矩形薄壁件，在ABAQUS中建立了铣削加工有限元模型，通过该有限元模型对矩形薄壁件变形规律进行了分析;在已建立的有限元模型基础上，进一步深入研究铣削参数（进给速度、铣削深度、铣削宽度）对矩形薄壁件加工变形的影响趋势，最终通过了试验进行验证。具体工作内容主要如下:1、针对薄壁件切削加工机理进行分析。首先对切削加工过程中切削力的产生进行分析，并对切削力的影响因素进行了总结;其次，讨分析了薄壁件侧铣加工过程中产生变形的原因，并对产生变形的因素进行了总结;
　　2、铣削力预测模型的建立。在铣削加工过程中，切削力与切削热的产生是一个极为重要的物理现象。其对刀具磨损、切削功率、表面加工质量以及工艺系统变形等都有着极其重要的影响，同时与生产成本的高低也密切相关。但在实际加工过程中，大部分切削加工过程都会采用切削液进行冷却降温，因此本文忽略切削热对薄壁件加工变形的影响，即不考虑切削热的有限元建模，仅针对另一重要因素——切削力建立预测模型。为了提高预测模型的精度，本文采用需要历史数据进行训练的人工神经网络方法，建立针对薄壁件铣削加工过程中产生的铣削力的预测模型，为了提高铣削力模型预测精度，采用遗传算法对神经网络预测模型进行优化，最终通过试验进行验证;3、薄壁件加工变形有限元仿真分析。通过对材料的本构方程以及网格划分等关键技术的学习与分析，建立薄壁件加工变形的有限元模型，并进行模拟仿真，获得工件变形预测值，针对工件上不同位置的变形规律进行分析;
　　4、在建立的有限元预测模型的基础上，针对不同铣削参数（铣削深度、铣削宽度、进给速度）情况下的工件加工变形进行仿真分析，获得各个铣削参数对侧铣加工变形的影响程度，从而为薄壁件在实际加工过程中铣削参数的选择与优化提供理论依据。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题来源

1．2 论文研究的必要性和意义

1．3 相关技术国内外发展现状

1．3．1 铣削力建模技术研究

1．3．2 薄壁件铣削加工变形预测与控制技术研究

1．3．3 铣削加工变形分析与有限元仿真研究

1．4 论文的章节安排

第二章 薄壁件铣削加工过程机理分析

2．1 引言

2．2 切削运动

2．3 薄壁件铣削过程的铣削力

2．3．1 金属切削变形过程

2．3．2 切削力

2．3．3 影响铣削力的因素

2．4 薄壁件铣削过程的变形

2．4．1 薄壁件侧壁让刀变形分析

2．4．2 影响薄壁件切削加工变形产生的因素

2．5 本章小结

第三章 薄壁件数控铣削力预测模型的建立与试验验证

3．1 引言

3．2 人工神经网络预测模型

3．2．1 人工神经网络分析

3．2．2 BP神经网络预测模型设计

3．3 遗传算法优化的BP网络预测模型

3．3．1 遗传算法

3．3．2 遗传算法优化的BP网络预测模型的建立

3．4 铣削力试验设计及结果

3．4．1 实验条件

3．4．2 实验方案

3．4．3 实验步骤

3．4．4 实验结果

3．4．5 实验数据处理

3．5 仿真结果及分析

3．6 本章小结

第四章 薄壁件铣削加工变形有限元仿真分析

4．1 引言

4．2 有限元法的基本原理

4．3 有限元软件ABAQUS简介

4．4 薄壁件加工变形有限元模型建立

4．4．1 几何模型的建立

4．4．2 材料本构模型

4．4．3 网格划分技术

4．4．4 边界条件及铣削力的加载

4．5 仿真模拟与实验结果分析

4．5．1 工件坐标系设定

4．5．2 工件变形及其试验验证

4．6 本章小结

第五章 切削参数对矩形薄壁板铣削加工变形规律的影响

5．1 引言

5．2 主切削参数对加工变形的影响

5．2．1 进给速度对加工变形的影响

5．2．2 铣削深度对加工变形的影响

5．2．3 铣削宽度对加工变形的影响

5．3 实验验证

5．3．1 实验方案

5．3．2 切削参数对加工变形影响验证试验结果分析

5．3．3 实验结论

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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