船用螺旋桨多轴铣削加工过程动力学仿真

摘要

目前船用螺旋桨一般采用传统的三坐标机床加工,但是随着船用螺旋桨多轴数控加工机床的出现,螺旋桨将逐渐采用这些机床来加工,多轴加工相对于三轴增加了两个或两个以上的自由度,有利于加工自由曲面,提高加工工件质量,然而多轴铣削加工时刀轴方向不断的变化,使得刀具路径规划变得困难,另外铣削加工动力学主要集中三轴方面,关于多轴铣削加工动力学仿真方面研究才刚刚起步。为了解决以上问题,对船用螺旋桨的数控加工工艺规划,多轴铣削加工几何仿真及动力学仿真等方面的内容进行了研究,并且在此基础上开发了船用螺旋桨几何—动力学集成仿真系统,课题主要研究内容与成果如下:
　　(1)分析船用螺旋桨的数控加工工艺过程,包括螺旋桨轮毂加工,桨叶加工,叶根加工以及随边和导边的加工,针对每个加工工序选择合理的数控机床和刀具,最后通过UG平台CAM模块的可变轴曲面轮廓铣功能对船用螺旋桨的精加工工序进行刀具轨迹仿真。
　　(2)分析几何仿真过程的几何建模方法,在OpenGL中刀具建模,而螺旋桨毛坯通过将UG的STL格式导入OpenGL中显示,读取刀位文件,对OpenGL进行基本设置,对刀位点进行线性插补,实现刀具加工轨迹的显示,采用显式表达式来求解得到刀具扫描体,并根据Dexel相关理论,建立螺旋桨毛坯和刀具扫描体的Dexel模型,将三维布尔运算简化为一维运算,大大提高运算效率,最终实现刀具切削加工材料去除过程。
　　(3)分析切削微元的受力情况和球头铣刀的几何特性,建立瞬时刚性的铣削力模型,通过铣削力实验和切削力系数的数学模型相结合,得到所需要的切削力系数,将其代入铣削力模型,得到最后铣削力仿真结果。建立船用螺旋桨多轴铣削加工颤振稳定性模型,在动态切屑厚度建模基础上,对动力学方程求解得到颤振稳定域,将仿真结果与软件CutPro进行了对比,以及分析了导向传递矩阵函数、导程角和倾斜角对颤振稳定性的影响。另外通过锤击法模态分析试验,测得“主轴—刀具”和“工件—夹具”系统的模态参数。最后分析将Matlab和Visual C++相结合进行混合编程来实现仿真过程。
　　(4)最后通过Visual C++编程开发船用螺旋桨多轴铣削加工几何—动力学集成仿真系统,介绍相关界面以及模块,并通过实例运行仿真系统。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2课题国内外研究现状

1.3课题来源和本文的主要工作

第2章 船用螺旋桨多轴数控加工工艺分析

2.1船用螺旋桨数控加工工序安排

2.2数控加工机床和刀具的选择

2.3 船用螺旋桨数控加工刀具路径规划

2.4 本章总结

第3章 船用螺旋桨多轴铣削加工几何仿真技术

3.1 船用螺旋桨多轴铣削加工几何模型的建立

3.2 切削过程动态仿真的实现

3.3材料去除的实现

3.4 本章总结

第4章 船用螺旋桨多轴铣削加工动力学仿真技术

4.1 铣削力建模与仿真

4.2 颤振稳定性分析

4.3 Matlab编程在VC中的应用

4.4 本章小结

第5章 多轴铣削加工几何-动力学集成仿真系统设计与开发

5.1 系统需求分析与设计原则

5.2 系统总体及模块设计

5.3 系统开发的图形技术和开发平台

5.4系统界面设计及分析

5.5 仿真系统运行实例

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢