三维曲面五轴宽行加工铣削力预报

摘要

随着高端数控机床，尤其是五轴数控加工中心的发展应用，以及复杂曲面加工方法的不断创新，实际生产中为提高加工效率，采用平头立铣刀五轴宽行加工复杂曲面已经成为发展趋势。铣削加工中，铣削力是影响铣削振动、切削变形、切削热以及表面质量的重要参数，也是影响工件的加工精度、生产成本的重要因素。因此深入研究平头立铣刀曲面宽行加工的铣削力预报，建立相应的铣削力预报模型，具有重要的理论意义和实用价值。本文针对平头立铣刀曲面宽行加工铣削力预报进行研究，着重对刀具接触界面、刀刃有效切削区间以及铣削力模型进行深入研究，主要研究内容如下:
　　(1)提出了刀具接触界面解析模型。针对平头立铣刀曲面宽行加工过程中刀具接触界面不断变化的特点，基于微分思想，将复杂的加工曲面看成是一系列微小斜平面的组合，并建立斜平面坐标系、刀具坐标系、工件坐标系，再将刀具切深看成是一系列切削薄层的叠加，获取每一切削薄层上刀具接触界面的几何信息，建立刀具接触界面(CWE)解析模型;最后通过分析加工过程中刀轴与加工曲面之间的运动几何关系，针对微小斜平面建立平头立铣刀曲面宽行铣削的刀具接触界面解析模型。
　　(2)提出了刀刃有效切削区间算法。在已获得的刀具接触界面解析模型的基础上，分析刀具接触界面的形状特点，提出与之对应的刀刃点切触判据，通过分析平头立铣刀旋转过程中刀具切削刃曲线与刀具接触界面边界曲线的位置关系，提出刀刃有效切削区间的计算方法，进而开发出界定平头立铣刀曲面宽行加工刀刃有效切削区间的程序。
　　(3)建立了铣削力预报模型。基于微元切削力模型及未变形切屑厚度模型，建立基于刀具坐标系下平头立铣刀曲面宽行加工的铣削力预报模型。通过离散采样获取刀具轨迹上离散刀位点，得到刀具轨迹上各离散刀位点处的斜面倾斜角和进给方向角，通过坐标旋转变换得到基于工件坐标系下的铣削力预报模型。通过平头立铣刀曲面宽行加工实验，验证了该铣削力预报模型的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 曲面宽行加工的研究现状

1．2．2 可变切削条件下铣削力模型

1．2．3 刀具接触界面模型

1．2．3 发展趋势

1．3 存在的主要问题

1．4 论文主要内容

2 复杂曲面宽行加工刀具接触界面解析模型

2．1 引言

2．2 坐标系与刀具标架

2．2．1 进给方向角

2．2．3 斜面倾斜角

2．3 斜平面下的刀具接触界面解析模型

2．3．1 边界曲线AB

2．3．2 边界曲线AC

2．3．3 边界曲线BC

2．4 三维曲面五轴宽行加工刀具接触界面仿真

2．4．1 刀具接触界面仿真实例

2．4．1 刀具接触界面仿真结果分析

2．5 本章小结

3 复杂刀具接触条件下的刀刃切削区间

3．1 引言

3．2 平头立铣刀切削刃曲线

3．3 刀刃有效切削区间

3．3．1 切触判据

3．3．2 算法流程及程序实例

3．4 仿真实例与结果讨论

3．5 本章小结

4 复杂曲面宽行加工铣削力预报与实验验证

4．1 引言

4．2 未变形切削厚度

4．3 铣削力模型

4．5 铣削力预报算法流程

4．6 实验条件及参数设定

4．7 实验结果与仿真结果

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢