基于切削力的薄壁深腔构件加工变形研究

摘要

薄壁深腔结构件由于刚度低，在切削过程中极易发生加工变形，严重影响加工精度。本研究基于CAD/CAE/CAM/HSM技术，采用理论分析、数值模拟与试验验证相结合的方法，主要从薄壁件侧壁结构、加工刀具、切削用量及安装方式等方面，研究了低刚度铝合金薄壁件变形规律。 本研究采用四因素四水平的正交试验法，进行了高速铣削防锈铝合金3A21的试验。利用EXCEL软件，对切削力数据进行回归分析，建立起3A21铝合金铣削力数学模型。建立3A21铝合金薄壁件铣削加工工件和刀具的有限元模型，分别研究了工件变形及刀具变形问题，分析了薄壁件加工变形随侧壁高度和厚度变化的规律。采用单因素分析方式，讨论了切削参数对刀具受力变形的影响规律。通过对工件和刀具变形量的叠加，获得了工艺系统的总变形量。采用试验，检验了数值模拟的准确性和理论分析的正确性，为预测加工精度提供了参考，同时为数控编程确定合理的补偿量提供了依据。最后，以某典型深型腔铝合金薄壁件为研究对象，分析了利用三轴加工中心加工深型腔薄壁件的工艺难点，选择了切削用量，研究了加工刀具与工件干涉问题，提出了双向倾斜式装夹方案，并设计了专用夹具。通过进行铣削模拟，理论验证了方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题的背景及意义

1.2弱刚度结构件加工方法及加工难点

1.2.1弱刚度结构件的加工方法

1.2.2弱刚度结构件的加工难点

1.3课题的国内外研究现状

1.3.1切削力模型的研究现状

1.3.2弱刚度结构件铣削加工有限元仿真研究现状

1.4论文的主要研究目标、内容及方法

1.4.1研究目标

1.4.2研究内容

1.4.3研究方法

2铣削试验与铣削力模型建立

2.1试验目的及试验条件

2.1.1试验目的

2.1.2试验条件

2.1.3试验原理

2.1.4工件装夹

2.2试验方案设计

2.2.1正交表的定义

2.2.2正交试验方法的确定

2.2.3正交试验的设计步骤

2.3试验结果及其分析

2.3.1试验结果

2.3.2试验结果直观图分析

2.4切削力经验公式建立

2.4.1切削力经验模型的确定

2.4.2回归方程EXCEL求解

2.4.3回归方程显著性检验

2.5本章小结

3工件及刀具变形的有限元分析

3.1有限单元法

3.1.1基本原理

3.1.2计算步骤

3.2工件的变形分析

3.2.1建立有限元模型

3.2.2有限元变形分析中力的加载

3.2.3不同侧壁高度的薄壁件变形结果及规律分析

3.2.4不同侧壁厚度的薄壁件变形结果及规律分析

3.3刀具的变形分析

3.3.1刀具有限元模型的建立

3.3.2铣刀模型网格划分和载荷施加

3.3.3铣刀有限元变形结果及分析

3.4本章小结

4变形叠加和试验验证

4.1工件总变形量的叠加

4.2薄壁件变形试验验证

4.2.1不同侧壁高度的薄壁件变形试验验证

4.2.2不同侧壁厚度的薄壁件变形试验验证

4.3变形误差的补偿

4.4本章小结

5典型薄壁深型腔零件的加工模拟

5.1典型薄壁深型腔件的结构

5.2深型腔薄壁零件的加工工艺

5.2.1深型腔薄壁件的加工特点

5.2.2深腔薄壁件加工工艺分析

5.2.3刀具与工件的干涉问题研究

5.2.4深腔薄壁件加工刀具选型

5.2.5深型腔薄壁件切削参数的选择

5.2.6深型腔薄壁件切削力分析与计算

5.2.7工件受力变形分析及变形误差补偿

5.3深型腔薄壁件的夹具设计

5.3.1夹紧方式的选择

5.3.2安装方式的确定

5.3.3夹紧力计算

5.3.4装夹变形有限元分析

5.5薄壁深型腔件UG／CAM模拟加工

5.5.1 UG／CAM加工能力及特点

5.5.2典型薄壁深型腔件UG／CAM模拟加工

5.6本章小结

6总结和展望

6.1论文总结

6.2论文的不足及展望

致谢

参考文献