五轴数控侧铣加工进给参数优化技术研究

摘要

五轴侧铣加工是一种比较常用的五轴数控加工方法。这种加工工艺方式有着比较多的优点，如可以选取较大的轴向切深，加工效率比较高，加工成本比较低等，因此在企业中得到了广泛的应用。但在实际使用中经常会出现表面质量较差甚至是表面质量不合格的情况。针对这一问题，经过大量调研、理论和试验研究，提出了一种适用于五轴数控侧铣加工的进给参数优化方法。主要的工作如下:
　　 (1)进行了基于稳定的有效刀轴扫掠面积率的五轴侧铣加工基础理论研究:一是建立了基于多体系统的五轴机床运动学模型和五轴机床侧铣加工状态下的切削力模型;二是用周转平均切削力与主轴转数之间的关系模型来描述五轴侧铣加工过程中的切削力状态，推导出五轴侧铣加工过程中周转平均切削力与有效刀轴扫掠面积率的关系模型。
　　 (2)进行了基于机床进给轴运动特性的基础理论与试验方法研究:一是分析了机床进给轴的加减速原理;二是提出了一种机床进给轴运动特性的检测方法和适用于该检测数据的分析方法。
　　 (3)以上述两方面的基础理论和方法研究为依据，提出了一种基于稳定的有效刀轴扫掠面积率和机床进给轴运动特性的五轴侧铣加工进给参数优化方法。该优化方法根据五轴侧铣加工中周转平均切削力与有效刀轴扫掠面积率的关系模型，从优化有效刀轴扫掠面积率的角度来优化进给速度，以保持切削加工过程中的切削力较为平稳;同时从机床进给轴运动特性方面进行五轴侧铣加工过程的优化，使得切削加工过程满足速度、允许加工误差和加速度等约束。
　　 (4)开发进给参数优化软件，进行机床进给轴运动特性的检测试验和进给参数优化的对比切削加工试验，验证该进给参数优化方法的有效性。
　　 试验表明，本文提出的五轴侧铣加工进给参数优化方法，在保证五轴侧铣加工过程中的切削力平稳的同时，优化了机床进给轴运动特性对加工过程的影响，提高了加工工件的表面质量，具有较好的理论和实践意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 切削力模型研究

1．2．2 进给速度优化模型研究

1．3 课题的研究内容

第2章 五轴侧铣加工切削模型

2．1 五轴机床运动学建模

2．2 五轴机床侧铣加工切削力模型

2．3 五轴侧铣切削力与有效刀轴扫掠面积率的关系模型

2．4 本章小结

第3章 机床进给轴运动特性分析

3．1 进给轴运动特性检测原理

3．2 进给轴运动特性检测方法

3．3 检测数据的分析方法

3．3．1 分析进给轴运动特性参数

3．3．2 分析进给轴的速度波动情况

3．4 本章小结

第4章 五轴侧铣加工进给参数优化方法

4．1 进给参数优化方法总体说明

4．2 基于稳定的有效刀轴扫掠面积率的进给速度优化

4．2．1 构建侧铣加工区域的双NURBS曲线

4．2．2 数控程序段直纹面模型的构建与面积求解

4．2．3 数控程序段的进给速度优化

4．3 基于机床进给轴运动特性的进给速度优化

4．3．1 速度约束优化

4．3．2 允许加工误差约束优化

4．3．3 加速度约束优化

4．4 本章小结

第5章 软件开发与试验

5．1 进给参数优化软件开发

5．1．1 进给参数优化软件总体结构

5．1．2 基于稳定的有效刀轴扫掠面积率进给速度优化模块

5．1．3 基于机床进给轴运动特性的进给速度优化模块

5．2 机床进给轴运动特性检测试验及试验结果分析

5．2．1 试验条件和试验过程

5．2．2 机床进给轴运动特性参数分析

5．2．3 机床进给轴速度波动分析

5．3 进给参数优化对比加工验证试验及试验结果分析

5．3．1 试验条件

5．3．2 试验结果与分析

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果