薄壁件以其质量轻、相对比强度高等优点在航空、航天等领域得到广泛的应用,然而,由于薄壁零件刚度低,加工过程中会使工件产生变形,导致其加工精度和表面质量下降,严重时可能造成零件报废。因此,若想对薄壁件加工过程中的变形加以控制必须对铣削过程中的力与变形进行研究。为了建立薄壁件侧铣加工的铣削力理论模型,首先建立未考虑工件变形的侧铣铣削力理论模型。本文建立了未考虑工件变形的铣削力理论模型,该模型由球头铣刀刃线几何模型、瞬时未变形切屑厚度以及切入、切出角的计算模型几部分综合而成。基于对铣削力系数的辨识运用所编制的铣削力程序研究了不同铣削加工参数下的铣削力变化情况。其次,分别建立两端自由、两端固定的铝合金薄壁件以及叶轮叶片的有限元预测模型。由于加工过程中的铣削力是引起加工变形的主要因素,所以可对实际情况进行适当简化以便于有限元分析,如:视工装夹具系统、刀具等为刚体,忽略刀具磨损及装夹误差;工件材料为线弹性材料,在铣削过程当中其物理性能保持不变;忽视工件整体刚度在材料去除过程当中的变化;铣削力等效为移动的集中载荷加载到切削部位相应的节点上;忽略工件的塑性变形等。基于以上假设,分别对两端自由、两端固定的薄壁件及叶轮叶片进行有限元分析,分析其变形规律。最后,以两端自由的铝合金薄壁件和两端固定的铝合金薄壁件为例,基于未考虑工件变形的侧铣铣削力模型及铝合金薄壁件在铣削加工过程当中的变形规律对理论模型进行修正以建立较为完善的薄壁件侧铣铣削力模型,修正后铣削力模型通过实验的方法验证其正确性。综上所述,本文所建立的薄壁件的铣削力理论模型能够有效地预测薄壁件加工过程中铣削力的变化,为薄壁件工艺参数的优化提供理论基础,有效地提高薄壁件的加工精度及表面质量。
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG54
文章目录
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究目的及意义
1.2 铣削力建模研究现状
1.2.1 球头铣刀铣削力建模国内外研究现状
1.2.2 薄壁件铣削力建模的国内外研究现状
1.3 薄壁件加工变形研究现状
1.3.1 薄壁件加工变形有限元仿真研究现状
1.3.2 薄壁件加工变形控制研究现状
1.4 课题来源及主要研究内容
第2章 球头铣刀铣削力建模
2.1 球头铣刀几何模型
2.1.1 球头铣刀刃线几何模型
2.1.2 瞬时切削厚度
2.2 铣削力模型
2.3 铣削力系数求解
2.3.1 铣削力系数模型
2.3.2 铣削力系数求解实验
2.4 铣削力仿真
2.5 本章小结
第3章 薄壁件铣削加工过程变形规律预测
3.1 薄壁件铣削加工过程变形理论
3.1.1 薄壁件铣削加工过程受力变形的描述
3.1.2 模型简化假设
3.1.3 基于ANSYS分析薄壁件铣削过程的流程
3.2 两端自由薄壁件铣削加工过程变形规律预测
3.2.1 两端自由薄壁件有限元模型
3.2.2 X、Y、Z三向变形对比分析
3.2.3 沿工件长度方向变形分析
3.2.4 沿工件宽度方向变形分析
3.2.5 总体变形分析
3.3 两端固定薄壁件铣削加工过程变形规律预测
3.3.1 两端固定薄壁件有限元模型
3.3.2 X、Y、Z三向变形对比分析
3.3.3 沿工件长度方向变形分析
3.3.4 沿工件宽度方向变形分析
3.3.5 总体变形分析
3.4 叶轮叶片铣削加工过程变形规律预测
3.4.1 叶轮叶片铣削加工过程有限元模型的建立
3.4.2 叶轮叶片铣削力计算
3.4.3 叶轮叶片铣削加工过程中变形规律的分析
3.5 薄壁件铣削变形控制策略
3.6 本章小结
第4章 薄壁件铣削力模型修正及实验验证
4.1 修正的薄壁件铣削力模型
4.2 铣削力模型实验验证
4.2.1 实验条件
4.2.2 模型的实验验证
4.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
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