螺旋铣削叶片表面微观几何形貌仿真及切削参数分析

摘要

叶片在航空、水电、船舶行业有广泛而重要的用途,螺旋式走刀铣削叶片是叶片加工领域的前沿技术之一,可以实现工件在一次装卡下完成几乎全部叶片加工工序。由于螺旋式走刀加工叶片的运动复杂,导致其切削参数多,而且这些参数又相互耦合,使螺旋式走刀加工叶片的加工参数选择,变的尤为复杂。这在一定程度上影响了螺旋式走刀加工叶片的切削参数合理选择及其应用和推广。本文以螺旋式走刀加工等截面非扭转叶片为例,从叶片表面微观几何形貌仿真角度,研究加工参数对螺旋式走刀加工叶片的表面微观几何形貌和表面粗糙度影响规律,为实际加工等截面非扭转叶片提供理论指导,同时为更复杂曲面的表面微观几何形貌仿真奠定理论基础。
　　本论文以球头铣刀和环形铣刀加工等截面非扭转叶片为研究对象,通过建立其几何模型及加工运动模型,研究螺旋式走刀加工等截面非扭转叶片表面微观几何形貌仿真算法,并对仿真算法中关键技术问题进行了阐述。基于Fortran和Matlab,开发了螺旋式走刀加工等截面非扭转叶片表面微观几何形貌仿真软件系统；然后,基于所开发的仿真系统重点分析了球头铣刀加工条件下,工件曲率半径、周向进给速度、轴向进给速度、刀具转速、刀具摆动角度等因素对叶片的表面微观几何形貌和表面粗糙度影响规律；最后,基于所开发的仿真系统,在机床性能和刀具寿命等的约束条件下,对切削参数的合理选取进行了分析和探讨。

目录

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中文摘要

英文摘要

1. 绪论

1.1 研究课题的背景及意义

1.2 叶片加工装备的发展现状

1.3 叶片加工技术的发展及国内外研究现状

1.4 铣削加工表面微观几何形貌仿真方法研究现状

1.5 本文研究的主要内容

1.6 本章小结

2. 基于螺旋式铣削的叶片表面微观几何形貌仿真建模

2.1 叶片加工刀具走刀方式

2.2 表面微观几何形貌的影响因素及仿真模型中的几个概念

2.3 叶片的数学模型

2.4 球头铣刀螺旋式铣削叶片的表面微观几何形貌仿真建模

2.4.1 刀具坐标系下的刀刃数学模型

2.4.2 工件坐标系下球头铣刀切削刃点的数学建模

2.5 环形铣刀螺旋式铣削叶片的表面微观几何形貌仿真建模

2.5.1 刀具坐标系下环形铣刀刀刃的数学模型

2.5.2 工件坐标系下环形铣刀切削刃点的数学建模

2.6 本章小结

3. 螺旋式铣削叶片的表面微观几何形貌仿真软件系统开发

3.1 叶片表面微观几何形貌仿真的基本步骤

3.2 刀具与工件的切触点坐标求解

3.3 加工过程中切削刃点在工件网格中的定位

3.4 仿真系统的程序实现

3.4.1 编程语言的选择

3.4.2 仿真系统程序流程图

3.5 本章小结

4. 螺旋式铣削叶片的表面微观几何形貌仿真分析

4.1 铣削加工表面粗糙度计算

4.1.1 铣削加工表面粗糙度界定

4.1.2 铣削加工表面粗糙度评定

4.1.3 铣削加工叶片表面粗糙度的计算

4.2 球头铣刀螺旋式铣削叶片的表面微观几何形貌仿真分析

4.2.1 叶片曲率半径的影响分析

4.2.2 周向进给速度的影响分析

4.2.3 轴向进给速度的影响分析

4.2.4 刀具转速的影响分析

4.2.5 刀具摆动角度的影响分析

4.3 刀具类型对叶片表面微观几何形貌和粗糙度影响

4.4 本章小结

5. 基于粗糙度均匀化和高效加工的切削用量合理选用方法探讨

5.1 加工中切削用量可变化的机床设备

5.2 参数合理选取时约束条件及优化目标确定

5.3 基于优化目标的切削参数合理选用分析

5.3.1 基于优化目标的切削参数合理选用步骤

5.3.2 对进给速度和刀具摆动角度的一种选取方法

5.3.3 切削参数合理选取实例

5.4 本章小结

6. 全文工作总结及展望

致谢

参考文献

附录