薄壁件三维铣削高速稳定性研究

发布时间：2017-07-16 09:08

  本文关键词：薄壁件三维铣削高速稳定性研究

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【摘要】：薄壁件由于有重量轻、强度高、动力性能好等优点,被广泛应用于航空航天、能源、交通等高端装备制造领域。但是,由于这些零件还具有刚度低、难加工、材料去除率高、型面复杂等特点,加工过程易发生颤振,降低加工质量以及加工效率。因此,实现薄壁铣削稳定性预测对有效抑制铣削颤振和实现工艺参数优化等方面具有重要意义。所以,本文懫用数字建模、动力学仿真、实验验证相结合的技术手段,开展典型锅合金薄壁件铣削稳定性预测技术的研宄,主要工作体现在下述几个方面:建立了平底立统刀铣削力模型。首先建立了同时考虑螺旋角效应、刀具径向跳动和不等容屑角刀具等因素的浸没角模型;继而,提出了未变形切屑厚度计算方法及建立了针对薄壁件加工的铣削力预测模型;同时给出了考虑工件/刀具配对、跳动等因素的铣削力系数识别方法;通过铁削力信号仿真与加工测量值对比验证统削力模型可行性。考虑薄壁统削过程中系统动态特性在刀位路径上的变化,建立与工件模态振型有关的薄壁统削动力学模型;根据刀具刚柔性,模型可分为刚性刀具柔性工件铣削动力学模型与柔性刀具柔性工件铣削动力学模型;给出了基于有限元分析与锤击实验相结合的模态分析法,获取薄壁统削系统模态参数以及刀位路径上铣削系统动态特性的变化规律。提出了可适用于小径向切深并具有较高收敛率的高阶时域法;利用高阶时域法对典型锅合金薄壁件进行稳定性预测,建立以轴向切削深度、主轴转速和刀位路径作为坐标轴的3D稳定性叶瓣图。基于稳定性叶瓣图分析刀具几何参数、浸没比以及逆统/顺铣切削方式对薄壁统削系统稳定性的影响规律,为工艺参数优化提供参考依据。最后,结合3D稳定性叶瓣图,在固定轴向切深的情况下,选取不同加工参数组合对薄壁件进行铣削实验。实验结果与稳定性预测结果基本吻合,证明了本文提出模型的可行性。
【关键词】：薄壁零件 颤振 螺旋角 动态特性 3D稳定性叶瓣图
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 切削过程中振动的分类10-13
• 1.2.2 铣削加工稳定性研究现状13-16
• 1.2.3 薄壁件铣削加工稳定性研究现状16
• 1.3 论文主要研究内容及结构16-18
• 2 瞬时铣削力模型18-32
• 2.1 概述18-20
• 2.1.1 基于实验的切削力模型18-19
• 2.1.2 基于力学模型的切削力建模19-20
• 2.2 平底立铣刀瞬态铣削力模型20-26
• 2.2.1 考虑螺旋角效应的浸没角20-24
• 2.2.2 瞬时未变形切屑厚度24-25
• 2.2.3 铣削力模型25-26
• 2.3 切削力系数识别26-31
• 2.3.1 切削力系数识别模型27-28
• 2.3.2 切削力系数识别实验28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 铣削动力学模型32-46
• 3.1 动力学模型32-39
• 3.1.1 刚性刀具柔性工件动力学模型32-36
• 3.1.2 柔性刀具柔性工件动力学模型36-39
• 3.2 模态分析39-45
• 3.2.1 模态分析实验设备39-41
• 3.2.2 具模态分析41-42
• 3.2.3 薄壁工件模态分析42-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 用于铣削稳定性预报的高阶时域法46-55
• 4.1 高阶时域法46-50
• 4.2 3D稳定性叶瓣图50-51
• 4.3 颤振稳定性影响因素51-54
• 4.3.1 刀具几何参数对颤振稳定性的影响51-53
• 4.3.2 浸没比对颤振稳定性的影响53-54
• 4.3.3 顺铣/逆铣对颤振稳定性的影响54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 稳定性验证与结果分析55-63
• 5.1 实验设备55
• 5.2 实验参数选择55-57
• 5.3 实验结果分析57-62
• 5.3.1 实验1：稳定性切削57-58
• 5.3.2 实验2：单模态振动58-59
• 5.3.3 实验3：多模态振动59-61
• 5.3.4 实验4：螺旋角效应61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘强;;高性能数控机床与虚拟数控加工[J];航空制造技术;2008年17期

2 武凯,何宁,姜澄宇,李亮,何磊;立铣空间力学模型分析研究[J];南京航空航天大学学报;2002年06期

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本文编号：547922