薄壁曲面零件加工变形匀化的瞬时切削量规划研究

发布时间：2020-06-23 10:28

【摘要】：薄壁曲面零件因质量小、比强度高等优点,在航空航天、国防军工等领域中得到广泛应用。鉴于此类薄壁曲面零件往往服役于高温、高压、大载荷等极端工况,加工精度要求较高甚至苛刻,工程上普遍采用五轴数控机床进行加工。薄壁曲面零件整体刚度低,局部刚度具有强位置相关性,在五轴数控加工过程中,由于瞬时切削量具有时变性,随薄壁曲面加工位置极易出现非规则加工变形,进而导致零件大的轮廓误差,致使加工精度难以满足要求,影响使用性能。目前,薄壁曲面加工变形补偿是提高薄壁曲面零件加工变形的有效途径,然而尚存在一些不足:一方面常规加工变形误差补偿依赖于精确的切削力建模,这对五轴数控加工来说难度较大;另一方面,一次加工变形补偿效果并不理想,往往须采取迭代计算补偿的方法来提高加工精度,严重影响加工效率。由此,研究薄壁曲面零件加工变形的高效抑制方法,对提高薄壁曲面零件加工精度具有重要的理论与工程应用价值。薄壁曲面零件的加工变形主要由切削力引起,而瞬时切削量是切削力的直接影响因素,加工中不断变化的切削量造成切削力波动,进而产生随加工位置变化的加工变形量,为薄壁曲面加工变形高效补偿提出极高要求。本文通过建立五轴端铣自由曲面瞬时切削量模型和对求解几何特征影响下的薄壁曲面刚度变化规律,创新提出一种基于薄壁曲面位置相关刚度约束的瞬时切削量规划方法,以期实现薄壁曲面零件加工变形均匀化,进而结合加工进给速度再规划,对薄壁曲面零件精加工进行一次性均值加工变形补偿,最终实现薄壁曲面零件高质高效加工。本文的主要研究内容如下:首先,以典型的复杂薄壁曲面叶轮叶片为例,基于B样条曲面建模方法建立叶片几何模型,生成五坐标端铣自由曲面零件的无干涉加工轨迹。在建立工件坐标系、刀具坐标系、局部坐标系及不同坐标系间转换关系的基础上,综合考虑工件、刀具几何特征及切削条件的情况下,根据微观几何切触关系,建立了平头刀铣削叶片零件的瞬时切削量模型,为后续叶片加工中瞬时切削量规划奠定基础。然后,建立了薄壁曲面加工有限元模型,虑及平头刀端铣曲面过程中有效切削宽度变化,解算出自由曲面薄壁叶片在各个刀触点处的弹性变形量,获得了薄壁叶片基于几何特征的刚度变化规律。基于此,提出一种以位置相关刚度为约束、以加工变形均匀为目标的五坐标端铣薄壁曲面零件瞬时切削量的规划方法。实验验证表明,基于瞬时切削量规划选择合理的加工参数,可有效均匀薄壁曲面零件加工变形。最后,以叶片截面加工为例,按照提出的瞬时切削量规划方法进行加工刀轨规划,应用A/C双转台式五轴联动数控机床进行实验加工,结果表明以得到均匀化的加工变形。进一步采用提出的误差均值补偿法对工件进行加工变形补偿,与常规加工变形误差补偿方法相比,可提高加工精度30%。研究结果为后续更深入的研究薄壁曲面零件加工中产生的变形抑制问题提供一定的参考,与此同时,对实际的生产加工也提供了积极的指导意义。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659;TH161
【图文】：

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(c) 补偿路径加工 (d) 工件补偿加工回弹后形状图 4.8 薄壁零件加工变形镜像补偿加工Fig. 4.8 The mirror compensation for deformation of thin-walled parts.工变形误差补偿程序的生成是本文研究的主要目的。随着CAD/CAM技术的发展，件都有了专用后置处理器，例如 UG 的 NX/POST、pro/E 的 Pro/NCPOST、CATIA

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(d薄壁零件加工变形镜像补偿ompensation for deformation o是本文研究的主要目的，例如 UG 的 NX/POST、位文件转换成机床能识的数控加工刀位轨迹，再加工变形误差补偿主要

【参考文献】