铝合金弱刚度构件的高速铣削加工技术研究

摘要

在航空航天、通讯、汽车制造等众多领域，铝合金薄壁件因具有重量轻、比强度高、导热性好等许多优良性能而得到广泛地使用。但这些铝合金薄壁件结构复杂、刚性差，在加工过程中极易产生变形，很难满足加工精度和表面质量的要求。高速切削具有高生产效率、表面质量、加工精度等优点，因此高速切削在加工复杂薄壁件中体现出了独特的优势。高速切削加工技术虽然近年来受到广泛重视，但在实际应用中还存在许多问题，在高速切削机理、高速切削基础工艺理论以及切削加工数据库等方面还需要进一步的研究。
　　 论文从铣削力、表面粗糙度、加工变形预测和控制等方面研究了铝合金薄壁件的高速加工技术。研究基于CAD/CAE/CAM技术，采用理论分析、有限元模拟、试验分析相结合的方法，进行了铝合金复杂薄壁件高速铣削加工工艺的相关研究。
　　 通过高速切削加工单因素试验研究切削参数(切削速度vc、每齿进给量fz、背吃刀量αp和切削宽度αe)对表面粗糙度Rα的影响规律，得出影响表面粗糙度Rα的重要效应因素。根据正交试验所得数据建立了表面粗糙度Rα的预测模型，并进行显著性检验。
　　 在研究分析高速切削机理、铣削力的来源、铣削力建模理论的基础上，通过高速切削加工单因素试验研究切削参数(切削速度vc每齿进给量fz、背吃刀量αp和切削宽度αe)对铣削力的影响规律，通过铣削力解析模型，编写相应程序，结合试验数据求解出铣削力系数，得到铣削力预测模型。在保证加工效率的基础上以减小铣削力为目标，提出了高速铣削切削参数的选择原则。
　　 对弱刚度典型构件加工变形原因进行了理论分析，结合铣削力的研究结论，应用有限元软件以及载荷离散等效技术得出薄壁件侧壁和腹板的加工变形规律，并结合试验结果对薄壁件侧壁和腹板的高速加工进行了切削参数的优化。
　　 最后，结合高速铣削铣削力、表面粗糙度、加工变形预测和控制三个方面的研究结论，从切削参数、刀具的选择、夹具的优化设计以及走刀路径的优化等方面对典型的防锈铝合金弱刚度薄壁件(雷达波导件)进行试验加工，得出实现雷达波导件大批量、高精度、低成本的加工方案，很好地解决了此零件的加工问题，并为其他的铝合金弱刚度构件的高速切削加工提供了参考。