基于动态进给率的数控铣削表面形貌仿真研究

发布时间：2023-02-09 10:20

　　随着CAD、CAM技术的快速发展,高速切削与五轴联动技术已经广泛地应用在航天航空、船舶和汽车模具等多个领域内。在数控加工中,衡量表面质量重要的指标是工件的表面形貌。五轴数控铣削中的加工工艺、加工方式、刀具、材料以及切削参数等因素都能够影响工件表面形貌。同时,在曲线加工或者曲面加工中,受到五轴机床两个旋转轴的影响,刀尖点速度的光顺不能确保机床各轴运动的平稳,机床各轴的运动有可能超出伺服电机的驱动极限,导致进给速度波动,从而改变三维表面形貌。所以,在进给速度波动的情形下,依据影响因素尤其是切削参数预测计算出工件表面形貌参数就显得非常重要。这样可以避免试错法以获得所需的表面质量,不仅极大地降低产品的生产周期与成本,而且在保证工件加工质量的方面也具有重大意义。目前,大多数学者对表面形貌的生成因素考虑不全或者未考虑动态进给率对表面形貌的影响。为了改善上述所提到的问题,在本研究中,通过研究五轴数控的高速切削原理,探讨在动态进给率下自由曲面球头铣刀加工零件表面形貌特征的生成机理。首先,该模型考虑实际的等螺旋角球头立铣刀模型,充分考虑加工中常用的且能够在CAM软件里设定的加工参数,如刀轴倾斜角度、进给...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状综述
        1.2.1 铣削表面形貌模型
        1.2.2 插补中的进给速度规划模型
    1.3 研究意义及目的
    1.4 论文主要研究内容
2 数控铣削表面形貌仿真与粗糙度预测模型
    2.1 球头立铣刀模型
        2.1.1 球头铣刀铣削要素
        2.1.2 球刀螺旋角的物理意义
        2.1.3 球头铣刀切削刃螺旋角的作用
        2.1.4 等螺旋角铣刀切削刃模型
    2.2 五轴铣削刃扫掠面精确模型
        2.2.1 五轴加工坐标系统的建立
        2.2.2 五轴铣削机床坐标系空间变换
        2.2.3 五轴机床刀具扫掠面模型的求解
    2.3 加工形貌预测仿真算法
        2.3.1 刀具的离散
        2.3.2 工件表面网格的划分
        2.3.3 基于N-buffer思想的形貌预测算法
        2.3.4 切削状态判断
        2.3.5 形貌仿真模型的建立
        2.3.6 三维表面形貌仿真结果示例
    2.4 表面粗糙度模型
3 基于多约束迭代的进给率规划算法
    3.1 数控插补技术
    3.2 参数曲线数据点的参数化
    3.3 插补参数的计算
    3.4 五轴机床运动学模型
        3.4.1 五轴机床的基本结构
        3.4.2 工作台双转动机床的运动学模型
    3.5 约束下的五轴数控加工的进给速度规划
        3.5.1 进给速度规划中的弦高差约束
        3.5.2 进给速度规划中的驱动特性约束
        3.5.3 进给速度规划中的多约束自适应算法
        3.5.4 进给速度约束下的路径迭代算法
    3.6 实验及结果分析
        3.6.1 平面曲线的实验与结果验证
        3.6.2 空面曲线的实验与结果验证
    3.7 本章小结
4 表面形貌与粗糙度预测实验验证
    4.1 基于动态进给率的加工形貌预测仿真算法
        4.1.1 旋转变换
        4.1.2 平移变换
        4.1.3 动态进给率形貌仿真数据结构的建立与表达
    4.2 实验设备
        4.2.1 UG模型建立以及加工流程
        4.2.2 加工实验设备
        4.2.3 测量实验设备
    4.3 平面模型表面粗糙度预测实验验证
        4.3.1 实验方案设计
        4.3.2 加工实验与仿真预测结果对比
        4.3.3 实验结果分析
        4.3.4 动态进给率与常进给率对比验证
    4.4 复杂曲面模型表面粗糙度预测实验验证
        4.4.1 实验方案设计
        4.4.2 加工实验与仿真预测结果对比
    4.5 不同进给率下模型表面粗糙度仿真实验
        4.5.1 仿真方案设计
        4.5.2 实验结果分析
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3738714