薄壁件球头铣刀加工表面形貌及稳定性研究

摘要

薄壁结构件制造过程中的振动问题严重制约了加工质量与生产效率，克服加工颤振得到理想表面形貌成为薄壁件加工的技术挑战之一。本文针对薄壁件球头铣刀铣削稳定性预测、表面形貌仿真等问题展开研究。
　　基于无振动几何层面建立了球头铣刀平面加工表面形貌仿真模型，结合仿真与试验研究每齿进给量、行距、加工倾角和相位差对表面形貌的影响，为薄壁件加工表面形貌的研究奠定了理论基础。
　　建立了薄壁件球头铣刀铣削稳定性模型，考虑薄壁件动态特性的时变性特点，对不同加工阶段和不同刀具位置的稳定性极限进行预测，绘制稳定性极限图，分析了薄壁件铣削稳定性的变化规律。设计铣削试验，通过铣削力信号和表面振纹识别铣削颤振，对稳定性预测模型进行了验证。
　　在无振动表面形貌仿真模型的基础上，将振动位移与刀具理想运动位移叠加，建立了考虑振动响应的薄壁曲面铣削表面形貌仿真模型，研究了不同铣削参数、不同铣削位置振动对加工表面形貌的影响。对预测模型进行了试验验证，结果表明:实测值略大于仿真值，试验结果与仿真规律一致。
　　针对悬臂叶片精铣削加工，设计正交试验，运用薄壁件表面形貌预测模型进行表面粗糙度仿真，研究铣削参数对表面粗糙度的影响。建立了多目标铣削参数优化模型，考虑铣削稳定性等约束条件，对悬臂叶片精加工铣削参数进行了优化。设计悬臂叶片精铣削加工试验，试验结果验证了本文预测模型和优化方法的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 铣削加工表面形貌研究现状

1．2．2 铣削加工稳定性研究现状

1．2．3 铣削加工参数优化研究现状

1．3 课题来源与主要研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 论文的主要研究内容

2 球头铣刀加工表面形貌特征分析

2．1 几何层面的球头铣刀加工表面形成过程

2．2 球头铣刀平面铣削表面形貌仿真模型

2．2．1 球头铣刀平面铣削运动学模型

2．2．2 球头铣刀平面铣削表面形貌生成

2．3 球头铣刀加工表面形貌影响因素研究

2．3．1 表面形貌试验条件

2．3．2 每齿进给量fz和行距p对表面形貌的影响

2．3．3 加工倾角γ对表面形貌的影响

2．3．4 相位差Δθ对表面形貌的影响

2．4 本章小结

3 悬臂薄壁件球头铣刀加工稳定性研究

3．1 薄壁件球头铣刀加工稳定性模型

3．1．1 薄壁件球头铣刀铣削过程

3．1．2 薄壁件球头铣刀铣削稳定域求解

3．2 铣削系统参数识别

3．2．1 铣削力系数识别

3．2．2 模态参数识别

3．3 薄壁件不同加工阶段稳定性分析

3．3．1 不同加工阶段的薄壁件动态特性变化

3．3．2 薄壁件不同加工阶段稳定性数值分析

3．3．3 试验验证

3．4 薄壁件加工刀具位置变化稳定性分析

3．4．1 薄壁件模态参数随刀具位置的变化

3．4．2 刀具位置的变化与稳定性的关系

3．4．3 试验验证

3．5 本章小结

4 考虑振动响应的薄壁曲面铣削加工表面形貌仿真

4．1 薄壁曲面铣削系统动力学模型

4．1．1 薄壁曲面铣削系统状态空间

4．1．2 薄壁曲面动力学仿真的铣削系统参数

4．2 薄壁曲面铣削表面形貌动态仿真

4．2．1 薄壁曲面铣削加工切削刃运动模型

4．2．2 薄壁曲面铣削加工表面形貌模型

4．3 铣削系统的振动对薄壁曲面铣削表面形貌的影响

4．3．1 加工参数变化时振动对表面形貌的影响

4．3．2 加工位置变化时振动对表面形貌的影响

4．4 薄壁曲面铣削试验

4．4．1 试验方案设计

4．4．2 试验结果

4．5 本章小结

5 悬臂叶片精加工铣削参数优化与应用

5．1 叶片精加工表面粗糙度仿真

5．1．1 正交试验设计

5．1．2 正交试验结果

5．1．3 正交试验结果极差分析

5．1．4 正交试验结果方差分析

5．2 叶片精加工铣削参数优化

5．1．1 多目标优化模型建立

5．1．2 铣削参数优化结果

5．3 叶片精加工铣削试验

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况