低刚度零件切削辅助支撑关键技术研究

发布时间：2017-10-31 16:23

  本文关键词：低刚度零件切削辅助支撑关键技术研究

  更多相关文章： 低刚度细长轴 切削力 水射流 辅助支撑 尺寸误差

【摘要】：进入新世纪,低刚度零件广泛应用于航空航天、军工及人们的生活生产中,如低刚度细长轴类零件。由于低刚度零件在切削过程中容易受切削力、切削热、切削应力等共同作用而产生尺寸误差,故其属于难加工零件。目前主要依靠经验丰富的操作者来提高低刚度细长轴的加工质量,但由于缺乏有效的理论指导,低刚度零件的加工效率不高,并且质量很难保证。因此,本文对低刚度细长轴切削加工进行了相关研究,主要研究内容如下:研究切削力产生的机理和影响切削力的主要因素,然后利用有限元软件DEFORM对细长轴切削过程中的应力、应变、切削力、切削热及切屑的形成过程进行仿真分析。其中,切削力的仿真结果表明:主切削力cF最大,进给力fF次之,背向力pF最小;并且在切削加工过程中,切削力迅速增大到某一值,然后随着加工的进行,切削力在该值附近上下波动。本文利用水射流的冲击特性,以不破坏细长轴的材料为前提,将水射流技术应用在细长轴的辅助支撑切削加工,使水射流的冲击力和细长轴切削加工中的切削力相抵消,由此提高其刚度,减小尺寸误差。研究分析了水射流的一些基本理论和冲击特性,主要为喷嘴出口处的液体流速、功率、流量及对工件产生的冲击压力,得到了这些参数的理论计算公式,并利用流体软件FLUENT仿真喷嘴外流场冲击特性,分析不同的射流压力和喷嘴直径对射流产生冲击压力及区域的影响。本文建立了细长轴在射流辅助支撑作用下加工的力学模型,深入分析并建立有无射流辅助支撑作用下细长轴尺寸误差的数学模型。基于该模型可知,水射流辅助支撑细长轴切削加工可以很好的降低尺寸误差;在该力学模型的基础上,研究了细长轴加工中的几种振动,并建立细长轴的自由振动方程和在切削力、射流冲击力共同作用下的受迫振动方程,根据建立的方程知,射流辅助支撑可很好的降低细长轴在加工中因切削力而产生的受迫振动。通过实验验证了射流辅助支撑细长轴加工模型的正确性,得到有无水射流辅助支撑细长轴的尺寸误差,并进一步分析切削参数和射流参数对细长轴尺寸误差的影响。由于低刚度细长轴切削加工中选用的加工参数小于普通轴的加工参数,因此常需要对细长轴进行多次走刀才能完成加工,故其切削加工效率低下。本文采用改进的人工蜂群算法对细长轴切削加工参数进行优化,建立细长轴切削加工参数优化的数学模型,并根据设计者对细长轴的精度条件进行约束,使细长轴在保证加工质量的同时,还能使其加工效率得到很大程度提升。
【关键词】：低刚度细长轴 切削力 水射流 辅助支撑 尺寸误差
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 课题的背景及意义9-11
• 1.3 低刚度零件切削的国内外研究11-16
• 1.3.1 薄壁件切削的国内外研究11-13
• 1.3.2 低刚度细长轴切削国内外研究现状13-15
• 1.3.3 数值模拟在工件加工中的应用和发展15-16
• 1.4 水射流的国内外研究16-19
• 1.4.1 水射流的特点16-17
• 1.4.2 水射流技术研究17-18
• 1.4.3 流体数值模拟技术研究18-19
• 1.5 课题研究的内容19-21
• 第二章 细长轴加工有限元仿真及实验研究21-34
• 2.1 引言21
• 2.2 金属切削加工基本概念21-23
• 2.2.1 切削力的主要来源22
• 2.2.2 切削力的影响因素22-23
• 2.3 切削仿真关键技术23-26
• 2.3.1 Johnson-Cook材料本构模型24
• 2.3.2 切屑分离准则24-25
• 2.3.3 热力耦合25-26
• 2.3.4 刀具和切屑之间的接触及摩擦26
• 2.4 切削加工有限元模拟26-31
• 2.4.1 DEFORM软件的简介及特点26-27
• 2.4.2 DEFORM软件的仿真流程27-28
• 2.4.3 切削加工前处理设置28-29
• 2.4.4 仿真结果分析29-31
• 2.5 实验验证31-33
• 2.5.1 实验条件32
• 2.5.2 切削力的实验结果分析32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 水射流喷嘴外流场冲击特性研究34-53
• 3.1 引言34
• 3.2 水射流基本概念及组成34-35
• 3.3 水射流冲击特性分析35-40
• 3.3.1 射流工作原理35
• 3.3.2 射流结构35-36
• 3.3.3 水射流基本参数36-38
• 3.3.4 喷嘴外流场模型38-40
• 3.4 喷嘴外流场冲击仿真40-49
• 3.4.1 FLUENT仿真的基本守恒理论40-44
• 3.4.2 水射流冲击力仿真分析44-49
• 3.5 水射流冲击力实验49-52
• 3.5.1 实验方案的设计和平台的搭建49-51
• 3.5.2 实验步骤51-52
• 3.5.3 实验结果及分析52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 细长轴车削精度建模与分析53-73
• 4.1 引言53
• 4.2 细长轴的结构及尺寸特性53
• 4.3 细长轴变形因素分析53-54
• 4.4 水射流支撑细长轴加工方案确定54-57
• 4.4.1 细长轴变形的主要因素54-56
• 4.4.2 水射流支撑细长轴的实验方案设计56-57
• 4.5 细长轴切削加工弯曲变形力学模型分析57-62
• 4.5.1 车刀变形量60
• 4.5.2 细长轴尺寸误差求解算法60-62
• 4.6 细长轴切削加工振动分析62-69
• 4.6.1 建立细长轴自由振动的数学模型62-63
• 4.6.2 振动固有频率和振幅63-67
• 4.6.3 射流辅助支撑时细长轴振动响应方程67-69
• 4.7 影响细长轴切削加工振动的因素69-71
• 4.7.1 转动惯量和剪切变形对细长轴振动的影响69-71
• 4.7.2 进给力对细长轴振动的影响71
• 4.8 本章小结71-73
• 第五章 射流支撑细长轴加工实验研究73-88
• 5.1 引言73
• 5.2 细长轴切削加工实验平台及参数73-74
• 5.2.1 实验设备73
• 5.2.2 切削加工用量73-74
• 5.3 实验步骤74-75
• 5.4 实验结果分析75-78
• 5.4.1 尺寸误差对比分析75-76
• 5.4.2 表面粗糙度对比分析76-78
• 5.5 影响细长轴尺寸误差的影响因素78-79
• 5.5.1 切削参数对细长轴尺寸误差的影响78-79
• 5.5.2 射流参数对细长轴尺寸误差的影响79
• 5.6 细长轴切削加工参数优化79-86
• 5.6.1 细长轴切削加工参数优化模型79-82
• 5.6.2 细长轴切削加工参数优化模型求解82-85
• 5.6.3 优化实例85-86
• 5.6.4 实验验证86
• 5.7 本章小结86-88
• 第六章 结论与展望88-91
• 6.1 课题工作总结88-89
• 6.2 课题后续展望89-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林府进;夏永军;周卫东;;高压水射流冲击压力分布规律的研究[J];矿业安全与环保;2008年01期

2 张建中,李秀人,王忠良;磁场作用于工艺系统对切削过程影响的试验[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2001年01期

3 李永祥;细长轴的车削加工方法[J];工程机械;2005年11期

4 杨国来;周文会;刘肥;;基于FLUENT的高压水射流喷嘴的流场仿真[J];兰州理工大学学报;2008年02期

5 刘维伟;杨帅;蔡元元;;铣削参数对薄壁叶片铣削振动的影响[J];航空精密制造技术;2012年03期

6 修世超,从恒斌,张吉国;磁性技术在工程中的应用与发展[J];沈阳黄金学院学报;1996年01期

7 刘庭成,程骏,刘永荣;高压水射流流动过程中能量损失的分析[J];清洗世界;2004年05期

8 陈春;聂松林;吴正江;李壮云;;高压水射流的CFD仿真及分析[J];机床与液压;2006年02期

9 汪通悦;何宁;李亮;柳大虎;;薄壁零件高速铣削振动影响因素研究[J];淮阴工学院学报;2009年01期

10 尹力,刘强;数控铣削加工过程动力学仿真技术研究与应用进展[J];数控机床市场;2005年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 郭建亮;细长轴类工件车削加工的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

2 汤爱君;薄壁件高速铣削三维稳定性及加工变形研究[D];山东大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 车现发;高强度铝合金航空薄壁件铣削加工变形控制的工艺研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 虞文俊;细长轴类工件车削加工研究[D];西华大学;2010年

3 高彪;石蜡基填充材料辅助支承钛合金薄壁件加工工艺研究[D];山东大学;2013年

4 赵刚;细长轴双刀车削有限元法仿真研究[D];西华大学;2013年

5 唐亚彬;基于有限元分析的薄壁结构件加工变形预测方法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

6 王颖;薄壁件高速铣削加工变形误差预测及有限元分析[D];河北工业大学;2013年

，

本文编号：1122870