铣削加工表面形貌及端铣加工变形仿真研究

发布时间：2017-05-06 01:11

  本文关键词：铣削加工表面形貌及端铣加工变形仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文密切结合先进制造技术的发展，在切削基本原理的基础上，对铣削加工表面形貌和端铣加工变形仿真技术进行了研究，建立了实用的仿真算法和相应计算机程序。 机械加工的粗糙度与表面形貌有直接关系，因此研究加工表面形貌仿真对预测表面粗糙度和选取合理的加工参数具有重要意义。本文应用微分几何理论建立了任意轮廓铣刀切削刃刃线的参数方程，并在此基础上利用空间坐标变换方法建立了任意轮廓铣刀切削刃上任意点与工件相对运动的轨迹方程。考虑主轴偏心，基于刀具切削刃上任意点与工件相对运动的轨迹方程，构造出可以求解铣削加工表面上任意一点形貌高度值的三维表面形貌仿真算法，本算法无需对刀齿进行微段离散，并且不依赖于工件网格划分，具有良好的通用性。本文将以上算法成功应用于螺旋立铣刀和球头铣刀加工三维表面形貌的数值仿真，相应的仿真算例表明本算法具有通用性好、运算速度快、结果准确度高的特点。 另一方面，随着制造技术的发展，对零件加工精度的要求越来越高，必须对加工变形进行严格控制，而加工变形仿真是合理选取加工参数、提高加工精度的前提和基础。本文建立了改进的端铣刚性切削力模型以及实用的端铣加工多次走刀、多齿切削铣削加工切削力模型。对连续切削过程的离散采用以工件加工表面上被切削的点为基准的离散方法，对任意走刀轨迹推导出了求解基准点被切削时刀具空间状态的理论方法，，并给出了直线段和圆弧走刀轨迹的具体计算公式。铣削加工变形有限元分析节点和工况数目庞大，而加工精度仅取决于加工表面节点的分析结果，切削力也只作用在加工表面节点上，因此本文采用超单元方法进行有限元分析，简化了问题表达，提高了计算效率，减少了所需计算机存储空间。 本文研究内容定量分析了铣削加工表面粗糙度和端铣加工变形，对制造业选取合理的加工工艺方案和加工参数具有重要意义。本文仿真结果可以验证经验参数是否合理，减少试切次数，从而降低制造成本，缩短设计周期，具有潜在的应用价值，将具有显著的经济效益。
【关键词】：铣削 表面形貌 端铣 加工变形 仿真算法
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG54
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 研究现状综述11-13
• 1.2.1 铣削加工表面形貌仿真11-12
• 1.2.2 端铣加工变形仿真12-13
• 1.3 研究内容13
• 1.4 研究方法13-14
• 1.4.1 铣削加工表面形貌仿真13
• 1.4.2 端铣加工变形仿真13-14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 金属切削基本原理15-26
• 2.1 金属切削加工的基础知识15-18
• 2.1.1 切削运动和加工表面15-16
• 2.1.2 刀具的基本组成16-17
• 2.1.3 金属切削的变形过程17-18
• 2.2 切削力18-23
• 2.2.1 切削力的来源19
• 2.2.2 切削力的分解19-20
• 2.2.3 切削力的计算20-21
• 2.2.3.1 利用指数公式计算切削力20
• 2.2.3.2 利用单位切削力计算切削力20-21
• 2.2.4 影响切削力的因素21-23
• 2.2.4.1 工件材料的影响21
• 2.2.4.2 切削用量的影响21-22
• 2.2.4.3 刀具几何参数的影响22
• 2.2.4.4 刀具材料、切削液和刀具磨损的影响22-23
• 2.3 加工质量23-25
• 2.3.1 尺寸误差23
• 2.3.2 表面粗糙度23-24
• 2.3.3 残余应力24
• 2.3.4 加工硬化24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 铣削加工表面形貌仿真26-52
• 3.1 铣削加工表面形貌仿真算法26-29
• 3.1.1 参考坐标系26-27
• 3.1.2 任意轮廓铣刀几何模型27-28
• 3.1.3 广义刀具切削刃轨迹方程28-29
• 3.1.4 表面形貌仿真算法29
• 3.1.5 表面形貌仿真粗糙度度量29
• 3.2 周铣加工表面形貌仿真29-36
• 3.2.1 切削刃轨迹方程30-32
• 3.2.2 表面形貌仿真算法32-33
• 3.2.3 仿真算例33-35
• 3.2.4 实验验证35-36
• 3.3 球头铣刀加工表面形貌仿真36-51
• 3.3.1 任意直线进给37-42
• 3.3.1.1 切削刃轨迹方程37-40
• 3.3.1.2 表面形貌仿真算法40-42
• 3.3.2 圆弧轨迹42-46
• 3.3.2.1 切削刃轨迹方程42-45
• 3.3.2.2 表面形貌仿真算法45-46
• 3.3.3 仿真算例46-50
• 3.3.3.1 平面加工46-48
• 3.3.3.2 圆柱面加工48-49
• 3.3.3.3 影响铣削加工表面粗糙度的因素及其影响规律49-50
• 3.3.4 实验验证50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 端铣加工变形仿真52-68
• 4.1 端铣加工误差仿真模型52-62
• 4.1.1 模型简化假设52
• 4.1.2 基本切削力模型52-54
• 4.1.2.1 Kienzle切削力模型52-53
• 4.1.2.2 改进的切削力模型53-54
• 4.1.3 多次走刀、多齿切削铣削加工切削力模型54-56
• 4.1.3.1 多次走刀轨迹加工域模型54
• 4.1.3.2 多次走刀、多齿切削切削力模型54-55
• 4.1.3.3 多次走刀、多齿切削端铣加工切削力模型55-56
• 4.1.4 加工过程的离散56-60
• 4.1.4.1 任意走刀轨迹加工过程的离散56-58
• 4.1.4.2 直线走刀轨迹加工过程的离散58
• 4.1.4.3 圆弧走刀轨迹加工过程的离散58-60
• 4.1.5 工件有限元模型60-62
• 4.1.5.1 工件的超单元模型60-61
• 4.1.5.2 载荷的确定61-62
• 4.2 仿真算例62-67
• 4.2.1 平面薄板62-64
• 4.2.2 动模板64-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 论文总结68
• 5.2 研究展望68-70
• 参考文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表论文情况73-74
• 致谢74-75

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前3条

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中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 靳丽娟;数控铣削温度建模仿真与分析[D];哈尔滨理工大学;2010年

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5 张福霞;微细铣削力的建模与分析[D];哈尔滨工业大学;2007年

6 张博文;微机床加工过程多参量测试方法与实验研究[D];长春理工大学;2012年

7 李明;大型薄壁核电筒件加工工艺优化[D];哈尔滨理工大学;2012年

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9 胡志敏;铣刨转子系统作业过程的动力学仿真分析[D];湘潭大学;2012年

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本文编号：347462