汽车覆盖件模具铣削动力学性能与加工误差控制研究

发布时间：2021-05-24 13:17

　　随着消费者对汽车性能与个性化要求的不断提高,汽车生产厂商需要不断更新汽车外观,汽车覆盖件模具的设计、制造时间约占整个汽车研发周期的2/3。为了保证汽车覆盖件高品质生产,如何提高模具耐用度和加工精确度显得尤为重要。本文针对汽车覆盖件模具生产过程中遇到的实际问题,将提高加工精度与生产效率作为研究目标,通过构建复杂型面加工铣削力预测模型,分析加工过程稳定性、加工系统综合刚度场分布规律,结合在线测量技术完成对加工误差的预测与补偿,进而指导汽车覆盖件模具加工过程中加工参数的优选与加工路径的合理规划,其具体研究内容包括:（1）针对模具型面铣削载荷不平稳的问题,基于机械模型法对球头铣刀曲面铣削过程中刀具与工件切削空间接触情况进行描述,总结了型面曲率变化对刀具—工件切削接触轴、径向浸没角的影响规律,完成对瞬时切削厚度、切削宽度模型的修正。综合考虑型面曲率、刀具几何尺寸、加工参数等多因素的影响,构建模具型面瞬时铣削力预测模型,该模型在曲率变化较大的型面区域仍可保证较高的预测精度。运用分形维数铣削力数据及对应加工区域的表面粗糙度值的非线性特征进行评价,为控制模具型面铣削加工载荷变化趋势、提高加工精度提供理... 

【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省

【文章页数】：164 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 铣削力预测国内外研究现状
        1.2.2 铣削加工动力学模型国内外研究现状
        1.2.3 铣削稳定性分析国内外研究现状
        1.2.4 加工工艺系统刚度场研究现状
        1.2.5 在线测量技术与自适应采样技术国内外研究现状
        1.2.6 加工误差控制与补偿国内外研究现状
    1.3 本论文课题来源及论文研究内容
第2章 汽车覆盖件模具复杂型面加工铣削力预测
    2.1 引言
    2.2 球头铣刀几何模型分析
        2.2.1 球头铣刀刃线几何模型
        2.2.2 瞬时切削厚度及切削宽度模型
    2.3 曲面曲率影响下的铣削力预测模型
        2.3.1 曲面曲率对切削厚度影响的定性分析
        2.3.2 曲面曲率对径向浸没角的影响分析
        2.3.3 曲面曲率对轴向浸没角的影响分析
        2.3.4 曲率变化影响下的铣削力修正模型
    2.4 模具型面加工的铣削力仿真与实验分析
        2.4.1 模具型面加工的铣削力仿真流程
        2.4.2 模具型面加工铣削力测定实验与仿真
        2.4.3 模具型面模具铣削力非线性特征分析
    2.5 本章小结
第3章 汽车模具型面铣削加工稳定性分析
    3.1 引言
    3.2 汽车模具型面铣削加工动力学模型
        3.2.1 型面曲率变化对切削厚度的影响
        3.2.2 铣削加工动力学模型
    3.3 汽车模具铣削颤振的判定准则
    3.4 曲面曲率对铣削稳定性边界的影响
        3.4.1 模具型面曲率对铣削稳定性边界的影响
        3.4.2 前倾角对铣削稳定性边界的影响
    3.5 模具曲面对铣削稳定性边界影响的实验分析
    3.6 本章小结
第4章 覆盖件模具加工系统综合刚度场建模及分析
    4.1 引言
    4.2 汽车模具加工系统各子系统刚度建模
        4.2.1 被加工模具刚度建模
        4.2.2 铣削刀具刚度建模
        4.2.3 刀具-主轴结合部刚度建模
        4.2.4 机床关节(摆头)刚度建模
        4.2.5 机床横梁刚度建模
    4.3 四轴机床加工系统综合刚度场
        4.3.1 四轴机床加工系统运动链分析
        4.3.2 四轴机床加工系统综合刚度场的建模
    4.4 模具加工系统综合刚度场分析
        4.4.1 考虑刀具位姿的综合刚度场分析
        4.4.2 考虑子系统刚度特性的综合刚度场
    4.5 实验验证
    4.6 本章小结
第5章 基于模具型面自适应采样与重构方法的加工误差在线测量研究
    5.1 引言
    5.2 模具型面的自适应采样
        5.2.1 模具型面自适应采样模型
        5.2.2 模具型面自适应采样的形状函数
    5.3 模具型面弯曲程度分析与型面自适应模型求解
        5.3.1 模具型面的弯曲程度模型
        5.3.2 模具型面弯曲度模型的对比
        5.3.3 模具型面自适应模型的求解
    5.4 模具型面重构方法
        5.4.1 NURBS曲面重构方法
        5.4.2 曲面节点反插
        5.4.3 NURB曲面控制权因子的修正
        5.4.4 曲面控制点的重新定位与界定曲面的修改
        5.4.5 基于NURBS曲面控制点法的曲面重构
    5.5 实验研究
    5.6 本章小结
第6章 淬硬钢模具型面球头铣削误差分析与控制方法
    6.1 引言
    6.2 模具型面铣削加工系统综合误差模型
        6.2.1 球头铣刀运动过程分析
        6.2.2 刀具回转偏心对加工误差的影响
        6.2.3 刀具系统受力变形对加工误差的影响
        6.2.4 切削振动对加工误差的影响
        6.2.5 复杂型面加工系统综合误差模型
    6.3 加工误差补偿实现及实验验证
        6.3.1 加工误差补偿流程
        6.3.2 加工误差补偿实验验证
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文及专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]球头铣刀柔性铣削力建模与仿真[J]. 隋秀凛,孙全颖,张学伟,张广雷.  自动化技术与应用. 2014(04)
[2]G型结构立式镗铣机床位置刚度数值模拟与试验[J]. 孙永平,王德伦,马雅丽,董惠敏.  大连理工大学学报. 2013(03)
[3]汽车大型覆盖件淬硬钢模具切削加工技术[J]. 姜彦翠,刘献礼,丁云鹏,陈涛,岳彩旭.  哈尔滨理工大学学报. 2013(01)
[4]球头铣刀三维曲面加工的铣削力预报[J]. 魏兆成,王敏杰,蔡玉俊,王亮.  机械工程学报. 2013(01)
[5]复杂曲面零件在线检测与误差补偿方法[J]. 陈岳坪,高健,邓海祥,陈新,郑德涛.  机械工程学报. 2012(23)
[6]多轴加工系统闭链刚度场建模与刚度性能分析[J]. 闫蓉,陈威,彭芳瑜,林森,李斌.  机械工程学报. 2012(01)
[7]粒子群优化模糊系统的铣削力建模方法[J]. 王刚,万敏,刘虎,张卫红.  机械工程学报. 2011(13)
[8]基于广义加工空间概念的机床动态特性分析[J]. 刘海涛,赵万华.  机械工程学报. 2010(21)
[9]薄壁件立铣切削力的有限元模拟与实验研究[J]. 王聪康,叶海潮,余祖西,姬伟.  制造业自动化. 2010(10)
[10]五轴数控加工的刀具路径规划与动力学仿真[J]. 丁汉,毕庆贞,朱利民,熊有伦.  科学通报. 2010(25)

博士论文
[1]基于铣削力建模的复杂曲面加工误差补偿研究[D]. 曹清园.山东大学 2011

硕士论文
[1]多轴联动数控加工球头铣刀铣削力建模与仿真[D]. 丁云鹏.哈尔滨理工大学 2013
[2]整体立铣刀瞬态切削力理论预报及应用研究[D]. 王启东.山东大学 2012



本文编号：3204255