薄壁件銑削加工振動(dòng)分析以及變形預(yù)測(cè).pdf

1、隨著制造業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方式已難于滿足工業(yè)的需求。高速切削(High SpeedCutting，HSC)加工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，高速加工技術(shù)采用超硬材料刀具和磨具，利用高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)提高切削速度來(lái)達(dá)到提高加工效率和加工質(zhì)量，降低加工成本的目標(biāo)。在航空、航天中高速切削加工技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用。但是航空、航天產(chǎn)品中多采用質(zhì)量較輕的鋁合金薄壁零件，在高速加工中極易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致工件加工變形增大，難以滿足加工要求。

2、因此需要在加工前基于加工參數(shù)對(duì)工件的加工變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化加工參數(shù)，以提高加工質(zhì)量和成品率。
　　然而，實(shí)現(xiàn)鋁合金薄壁零件的加工變形預(yù)測(cè)，存在以下幾個(gè)難點(diǎn):(1)基于切削參數(shù)的動(dòng)態(tài)銑削力模型的構(gòu)建，(2)動(dòng)態(tài)切削力作用下的加工系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為預(yù)測(cè)，(3)動(dòng)態(tài)切削力作用下的薄壁件加工變形預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建。為解決這些問(wèn)題，本文以懸臂板結(jié)構(gòu)的典型薄壁件為研究對(duì)象，對(duì)薄壁件高速加工工藝系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析、銑削力建模、

3、加工系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模及振動(dòng)特性分析、加工變形預(yù)測(cè)建模等方面的研究。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)通過(guò)分析薄壁件銑削加工工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)，機(jī)床的剛度相對(duì)于工件和刀具較高，因此將加工工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)化為工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)。分別對(duì)工件子系統(tǒng)和刀具子系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，獲取加工工藝系統(tǒng)振型最突出的平面，以及在該平面內(nèi)的模態(tài)質(zhì)量、模態(tài)阻尼和模態(tài)剛度等模態(tài)參數(shù)，為后續(xù)薄壁件加工系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建提供基礎(chǔ)。
　　(2)提出了一種動(dòng)態(tài)切

4、削力建模方法，首先通過(guò)分析銑削機(jī)理，將切削刃的切削過(guò)程細(xì)分為切入、穩(wěn)定和切出三個(gè)時(shí)間段，分別建立不同時(shí)間段切削刃的微元切削力模型，再通過(guò)分析某一瞬時(shí)參與銑削的單齒切削刃長(zhǎng)度，將該長(zhǎng)度上的所有微元切削力進(jìn)行積分，并計(jì)算該時(shí)刻參與切削的銑刀的齒數(shù)，將所有刀齒上的切削力求和，從而建立整個(gè)刀具的動(dòng)態(tài)切削力模型，然后通過(guò)銑削力、刀具和工件的振動(dòng)位移關(guān)系，建立基于動(dòng)態(tài)位移的銑削力模型，最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性。
　　(3)基于系統(tǒng)模態(tài)

5、分析和動(dòng)態(tài)切削力模型，通過(guò)分析銑削力與加工工藝系統(tǒng)振動(dòng)的關(guān)系，構(gòu)建了薄壁件側(cè)壁加工工藝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，用于分析加工系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，并基于該模型提出了一種薄壁件銑削加工顫振穩(wěn)定性的預(yù)測(cè)方法，該方法采用銑削穩(wěn)定性葉瓣圖來(lái)判斷不同切削參數(shù)條件下加工的穩(wěn)定性，最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型和方法的正確性。
　　(4)基于動(dòng)態(tài)銑削力模型和顫振穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，構(gòu)建了薄壁件加工變形預(yù)測(cè)有限元模型，實(shí)現(xiàn)了薄壁件加工前的變形預(yù)測(cè)，從而為薄壁件銑削加工工