薄壁工件高速铣削路径优化与工装设计

摘要

高速加工以其切削力小、切削热变形低、切削速度高、单位时间去除材料率大、加工精度高等特点，在切削加工弱刚度工件时与其他加工方式相比有着明显的优势。论文依托某科研项目展开工作，基于高速加工理论，采用理论分析、计算机模拟与实验相结合的方法，研究了薄壁铝合金工件大面积密集分布窄槽(异型孔)的加工问题，对高速铣削刀具的选择、加工路径优化和专用夹具设计等内容进行了详细讨论。 分析了零件的结构特性以及工艺特征，基于加工特征和高速切削机床对刀具的要求，考虑市场等因素，选择了相关刀具；讨论了高速加工刀具路径的要求，探讨了粗、精加工时走刀的主要方式。基于UG4.0，使用所选定刀具，模拟了单孔粗、精加工过程。通过分析相关优化原理和相关计算，研究了槽(孔)系加工时刀具路径优化问题，确定TSP中的“最邻近”算法比较适合薄壁工件的多槽加工路径规划；讨论了薄壁件普遍采用的装夹方式，提出了薄壁件的装夹要求，结合工件的形状特征，设计零件的定位和夹紧方案，以ANSYS有限元为分析工具，研究了工件的最大变形量，说明了装夹方案的正确性，在此基础上，设计了专用夹具。 实验结果初步达到了预期目标，样件加工质量较好，说明了理论分析及仿真结果基本正确，夹具设计方案基本可行，所做工作及成果为今后的实验及研究工作奠定了基础，对实际加工也具有参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景

1.2薄壁件的常用加工方法

1.2.1薄壁件的加工难点

1.2.2薄壁件加工常用方法

1.2.3薄壁件的其他加工方法

1.3高速切削及其发展现状

1.3.1高速切削的概念

1.3.2高速切削的发展概况

1.3.3高速切削加工技术的应用

1.3.4高速切削的特点与关键技术

1.4论文研究内容与方法

2零件工艺分析及刀具的选择

2.1概述

2.2零件材料与结构特性

2.2.1零件的材料属性

2.2.2零件的结构特性

2.2.3铝合金薄壁零件窄槽加工方法选择

2.3高速切削对刀具的要求

2.3.1高速铣削对刀具材料的要求

2.3.2高速切削对刀具结构和几何参数的要求

2.3.3高速切削对刀柄的要求

2.4高速切削刀具的材料

2.4.1硬质合金涂层刀具

2.4.2陶瓷刀具

2.4.3立方氮化硼刀具

2.4.4金刚石刀具

2.5刀具的形状和几何尺寸

2.5.1刀具的主要角度

2.5.2刀具的几何形状

2.6铣刀选用

2.7本章小结

3薄壁件高速铣削路径优化

3.1加工路径规划

3.1.1概述

3.1.2确定高速加工刀具路径的基本要求

3.2高速加工的刀具路径

3.2.1粗加工刀具路径

3.2.2精加工刀具路径

3.3薄壁零件加工的计算机模拟

3.3.1高速加工对CAM的要求

3.3.2薄壁零件的CAM模拟

3.3.3单矩形孔加工路径模拟

3.4刀具路径优化

3.4.1多孔加工时刀具路径优化

3.4.2 TSP问题

3.4.3正交路径法原理介绍

3.4.4加工路径优化

3.4本章小结

4工件变形研究及夹具设计

4.1弱刚度工件的装夹

4.1.1工件的装夹

4.1.2弱刚度工件的装夹要求

4.1.3弱刚度工件夹具设计流程

4.1.4薄壁铝合金工件的定位与夹紧方案

4.1.5减小工件变形的方法

4.2铣削力的计算

4.2.1铣削力的数学模型

4.2.2经验公式的确定

4.3薄壁件变形分析

4.3.1有限元的由来

4.3.2有限元法的基本思路

4.3.3 ANSYS软件简介

4.3.4薄壁件有限元模型的建立

4.3.5载荷的施加

4.3.6薄壁件的受力变形

4.4机床夹具

4.5本章小结

5加工试验验证

5.1实验目的与实验方案

5.2实验条件

5.2.1实验机床

5.2.2实验刀具

5.2.3测力系统

5.3试验结果及分析

5.3.1实验结果

5.3.2实验结果分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1论文主要工作

6.2论文主要创新点

6.3论文不足之处

6.4今后工作展望

致谢

参考文献

附录