曲率急变轮廓分区域变进给速度加工技术研究

摘要

具有曲率急变轮廓的零件被广泛应用于航空航天、能源动力及汽车工业等行业中。随着该类零件的结构更加特殊化，对加工质量的要求更高，加工难度也逐渐增加。数控加工生产效率高、加工精度好、产品质量稳定，被广泛应用于具有曲率急变轮廓零件的加工。受数控机床动态特性及曲率急变轮廓几何特征的限制，采用过高的程序设定进给速度将造成数控加工实际进给速度因伺服系统的响应滞后而无法达到预设值使得实际加工位置偏离程序编制位置，若降低设定速度则会降低加工效率。故而，采用传统的单一进给速度会对加工质量造成影响，无法实现具有曲率急变轮廓的加工。因此，对曲率急变轮廓开展关于根据曲率划分进行进给速度规划的加工方法研究具有重要的现实意义。本文提出了一种分区域变进给速度的加工方法，以实现该类零件的高质量加工。具体内容包括:
　　(1)针对数控加工过程中实际进给速度无法及时达到或维持程序设定值的问题，对定曲率图形进行了速度分析，获得了曲率与稳定进给速度值之间的对应关系，建立了变曲率曲线实际进给速度预测模型;以等角螺旋线为例对该预测模型进行了验证，验证结果表明:该模型能够对曲率急变轮廓进行准确的速度预测。
　　(2)为实现曲率急变轮廓的高质量加工，以等角螺旋线为例，研究了机床运动轨迹动态轮廓误差的产生机制，基于实际进给速度预测结果采用迭代法构建了动态轮廓误差数学模型，探索了曲率及数控程序设定进给速度对动态轮廓误差的影响规律;提出了一种将动态轮廓误差从轮廓误差中剥离出来的误差测量方法，并采用该方法对验证性实验的加工结果进行测量，结果表明:所构建的动态轮廓误差模型具有很高的准确性。
　　(3)基于动态轮廓误差数学模型，提出了曲率急变轮廓分区域变进给速度加工方法。考虑机床动态特性及加工误差要求，建立了程序设定进给速度与曲率间的关系，获得了不同曲率对应的程序设定进给速度。以等角螺旋线和三叶玫瑰线为例，对其进行几何特征的区域划分，并分配相应的程序设定速度，数控加工结果表明:与采用恒定进给速度进行加工的加工结果相比，采用分区域变进给速度加工方法后的最大动态轮廓误差和动态轮廓误差平均值均大幅度减小，有效提高了加工质量。
　　本文提出的考虑机床动态特性的分区域变进给速度加工方法，根据曲率变化情况分配程序设定进给速度，实现了该类零件的高质量高效率加工，为具有曲率急变轮廓零件的加工提供了有效方法，对含曲率急变轮廓零件的实际生产加工具有一定的理论意义及应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景与意义

1．2 轮廓的数控加工优化技术研究现状

1．2．1 轮廓数控加工优化的内部参数法研究现状

1．2．2 轮廓数控加工优化的轨迹光顺法研究现状

1．2．3 轮廓数控加工优化的变进给速度法研究现状

1．3 本文研究内容

2 变曲率曲线实际加工速度预测

2．1 定曲率曲线实际加工进给速度稳定值预测

2．2 变曲率曲线实际加工进给速度预测

2．3 实际进给速度预测模型的实验验证

2．3．1 同心圆试加工及不同曲率半径图形稳定速度预测的实验验证

2．3．2 等角螺旋线加工进给速度预测的实验验证

2．4 本章小结

3 机床运动轨迹动态轮廓误差模型的构建

3．1 动态轮廓误差分析

3．2 动态轮廓误差数学模型的构建

3．3 动态轮廓误差的理论分析及实验验证

3．3．1 动态轮廓误差随曲率及程序设定进给速度变化的理论分析

3．3．2 动态轮廓误差随曲率及设定进给速度变化的实验验证

3．4 本章小结

4 曲率急变轮廓分区域变速度加工方法

4．1 几何特征与进给速度间关系的确立

4．2 几何特征划分及进给速度的分配

4．3 分区域变进给速度加工的实验验证

4．4 分区域变进给速度加工的普适性验证

4．4．1 三叶玫瑰线的几何模型

4．4．2 加工参数及实验条件的确定

4．4．3 实验结果及分析

4．5 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