汽车保险杠凹模加工表面形貌建模及数控加工仿真

发布时间：2017-06-18 16:13

  本文关键词：汽车保险杠凹模加工表面形貌建模及数控加工仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车保险杠凹模有结构尺寸大,竖直方向尺寸落差大；形状复杂,各类曲面、凸台、凹槽多；尺寸精度和表面精度要求高等特点,在制造过程中常采用铣削加工、电火花加工以及人工磨抛相结合的方法。随着高性能机床和先进刀具材料的发展,五轴数控加工在模具制造中的地位不断提高,针对汽车保险杠凹模开展数控加工工艺规划与仿真研究已成为模具行业所面临的重要任务之一。因具有很好的抗疲劳性和易切削性,AISI P20模具钢成为汽车保险杠凹模的首选材料；但在加工过程中易出现表面缺陷,影响模具的疲劳寿命。研究五轴球头铣削P20模具钢的表面形貌和加工缺陷情况,可以为模具精加工提供参数选择依据。本文基于五轴球头铣削运动方程,建立三维表面形貌模型,结合P20模具钢铣削实验,分析各加工参数对表面形貌的影响,为模具精加工参数选择提供技术支持。采用计算机辅助制造软件NX 9.0对汽车保险杠凹模进行数控加工编程及后处理,之后采用软件VERICUT对其进行数控加工仿真。首先,利用刀具刃线方程和角度变换矩阵,建立包含六个工艺参数(每齿进给量、径向切削深度、轴向切削深度、主轴转速、前倾角和侧偏角)的五轴球头铣削三维表面形貌仿真模型,借助正交实验验证了三维表面形貌仿真模型的有效性,并根据仿真和实验结果研究了表面形貌形成机理。根据扫描电子显微镜观察和能谱分析,研究了五轴球头铣削P20模具钢过程中的加工缺陷形成机理,研究了切屑与加工缺陷之间的关系。其次,选用高精度重心驱动桥式五轴镗铣加工中心为加工机床,对汽车后保险杠凹模进行工艺分析和数控加工工艺规划。选取了加工所需刀柄、刀具以及切削参数,做出工艺方案；运用CAM软件NX9.0进行数控加工编程,生成完整的刀轨源文件。最后,开发出基于国产广州数控系统(GSK)的重心驱动桥式五轴镗铣加工中心后处理器,输出加工所需NC程序。建立了基于VERICUT仿真环境的虚拟样机和刀具库,进行数控加工仿真,检查潜在的干涉、超行程和碰撞错误,验证了数控加工程序的正确性。本研究在汽车保险杠凹模的制造过程中,优化了精加工过程中的参数,编制了完整的工艺方案,制定了合理的数控加工工艺规划方案,利用构建的专用后置处理器将刀轨源文件转换成数控加工程序,通过数控加工仿真软件VERICUT验证了程序的正确性,为汽车保险杠凹模的现场加工提供科学依据和技术支持。
【关键词】：汽车保险杠凹模 表面形貌 加工缺陷 加工工艺规划 加工仿真
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.326;TG659
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 研究背景与意义13-14
• 1.2 加工表面形貌研究14-16
• 1.2.1 加工表面形貌建模与仿真研究14-15
• 1.2.2 加工表面缺陷研究15-16
• 1.3 数控编程研究16-20
• 1.3.1 刀具路径规划研究17-19
• 1.3.2 刀具位姿规划研究19-20
• 1.4 数控编程后置处理与加工仿真研究20-22
• 1.4.1 数控编程后置处理研究20-21
• 1.4.2 数控加工仿真研究现状21-22
• 1.5 任务来源及主要研究内容22-23
• 第2章 五轴球头铣削加工三维表面形貌研究23-47
• 2.1 五轴球头铣削表面三维模型23-30
• 2.1.1 工件坐标系下切削刃运动模型23-25
• 2.1.2 刀具位姿25-27
• 2.1.3 三维表面形貌仿真27-30
• 2.2 实验设计30-32
• 2.3 结果分析与讨论32-38
• 2.3.1 刀具磨损32-34
• 2.3.2 表面形貌34-35
• 2.3.3 二维轮廓35-36
• 2.3.4 表面粗糙度36-37
• 2.3.5 表面粗糙度极差分析37-38
• 2.4 加工表面缺陷机理分析38-45
• 2.4.1 表面缺陷测试结果39-41
• 2.4.2 表面缺陷形成机理41-42
• 2.4.3 表面缺陷与切屑的关系42-45
• 2.5 本章小结45-47
• 第3章 汽车保险杠凹模加工工艺规划及数控编程47-63
• 3.1 保险杠凹模加工工艺规划47-53
• 3.1.1 保险杠凹模材料及加工性能分析47-48
• 3.1.2 模具结构分析48-49
• 3.1.3 数控机床参数49-50
• 3.1.4 数控铣削加工工艺规划50-53
• 3.2 数控加工编程53-61
• 3.2.1 模具粗加工54-58
• 3.2.2 模具半精加工58-60
• 3.2.3 模具精加工60-61
• 3.3 本章小结61-63
• 第4章 数控编程后处理及VERICUT数控加工仿真63-77
• 4.1 数控编程后处理63-68
• 4.1.1 数控编程后处理原理63-65
• 4.1.2 基于SIMENS NX9.0的后处理器构建65-67
• 4.1.3 刀位数据转换G代码67-68
• 4.2 基于VERICUT的YHMC机床仿真68-72
• 4.2.1 VERICUT仿真加工工作流程68-70
• 4.2.2 YHMC虚拟机床的建立70-71
• 4.2.3 模具加工所需刀具库的建立71-72
• 4.3 模具数控铣削加工仿真72-74
• 4.4 本章小结74-77
• 第5章 总结与展望77-79
• 5.1 工作总结77-78
• 5.2 研究展望78-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题85-87
• 致谢87-89
• 附件89

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