铣削加工表面形貌及端铣加工变形仿真研究

摘要

该文密切结合先进制造技术的发展,在切削基本原理的基础上,对铣削加工表面形貌和端铣加工变形仿真技术进行了研究,建立了实用的仿真算法和相应计算机程序.机械加工的粗糙度与表面形貌有直接关系,因此研究加工表面形貌仿真对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义.该文应用微分几何理论建立了任意轮廓铣刀切削刃刃线的参数方程,并在此基础上利用空间坐标变换方法建立了任意轮廓铣刀切削刃上任意点与工件相对运动的轨迹方程.考虑主轴偏心,基于刀具切削刃上任意点与工件相对运动的轨迹方程,构造出可以求解铣削加工表面上任意一点形貌高度值的三维表面形貌仿真算法,该算法无需对刀齿进行微段离散,并且不依赖于工件网格划分,具有良好的通用性.该文将以上算法成功应用于螺旋立铣刀和球头铣刀加工三维表面形貌的数值仿真,相应的仿真算例表明本算法具有通用性好、运算速度快、结果准确度高的特点.另一方面,随着制造技术的发展,对零件加工精度的要求越来越高,必须对加工变形进行严格控制,而加工变形仿真是合理选取加工参数、提高加工精度的前提和基础.该文建立了改进的端铣刚性切削力模型以及实用的端铣加工多次走刀、多齿切削铣削加工切削力模型.对连续切削过程的离散采用以工件加工表面上被切削的点为基准的离散方法,对任意走刀轨迹推导出了求解基准点被切削时刀具空间状态的理论方法,并给出了直线段和圆弧走刀轨迹的具体计算公式.铣削加工变形有限元分析节点和工况数目庞大,而加工精度仅取决于加工表面节点的分析结果,切削力也只作用在加工表面节点上,因此该文采用超单元方法进行有限元分析,简化了问题表达,提高了计算效率,减少了所需计算机存储空间.该文研究内容定量分析了铣削加工表面粗糙度和端铣加工变形,对制造业选取合理的加工工艺方案和加工参数具有重要意义.该文仿真结果可以验证经验参数是否合理,减少试切次数,从而降低制造成本,缩短设计周期,具有潜在的应用价值,将具有显著的经济效益.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状综述

1.2.1铣削加工表面形貌仿真

1.2.2端铣加工变形仿真

1.3研究内容

1.4研究方法

1.4.1铣削加工表面形貌仿真

1.4.2端铣加工变形仿真

1.5本章小结

第二章金属切削基本原理

2.1金属切削加工的基础知识

2.1.1切削运动和加工表面

2.1.2刀具的基本组成

2.1.3金属切削的变形过程

2.2切削力

2.2.1切削力的来源

2.2.2切削力的分解

2.2.3切削力的计算

2.2.4影响切削力的因素

2.3加工质量

2.3.1尺寸误差

2.3.2表面粗糙度

2.3.3残余应力

2.3.4加工硬化

2.4本章小结

第三章铣削加工表面形貌仿真

3.1铣削加工表面形貌仿真算法

3.1.1参考坐标系

3.1.2任意轮廓铣刀几何模型

3.1.3广义刀具切削刃轨迹方程

3.1.4表面形貌仿真算法

3.1.5表面形貌仿真粗糙度度量

3.2周铣加工表面形貌仿真

3.2.1切削刃轨迹方程

3.2.2表面形貌仿真算法

3.2.3仿真算例

3.2.4实验验证

3.3球头铣刀加工表面形貌仿真

3.3.1任意直线进给

3.3.2圆弧轨迹

3.3.3仿真算例

3.3.4实验验证

3.4本章小结

第四章端铣加工变形仿真

4.1端铣加工误差仿真模型

4.1.1模型简化假设

4.1.2基本切削力模型

4.1.3多次走刀、多齿切削铣削加工切削力模型

4.1.4加工过程的离散

4.1.5工件有限元模型

4.2仿真算例

4.2.1平面薄板

4.2.1动模板

4.3本章小结

第五章总结与展望

5.1论文总结

5.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明