球头铣刀切削加工表面形貌预测与仿真

发布时间：2017-09-15 19:33

  本文关键词：球头铣刀切削加工表面形貌预测与仿真

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【摘要】：数控加工是现代工业中的标志性加工技术,在航空航天、运载工具、能源动力等领域的复杂曲面类零件加工中占据着主导地位。目前,传统的数控加工方法大都将复杂零件的数控加工简化为铣刀的柱面或球面铣削,忽略铣刀实际物理刃形、主轴旋转、刀具摆动等因素对零件表面成形精度的影响,导致很难根据传统的简化残差计算模型实现对加工表面精度的精确控制。本文主要围绕这一问题展开研究,以期通过对复杂曲面加工过程的真实模拟,实现对加工表面形貌的准确预测,为加工参数的合理选择提供依据。首先,建立球头铣刀刀具坐标系,根据铣刀定螺旋角与刀刃刃口经线之间的关系,建立刀具刃线的数学表达式。分析切削加工过程中刀具轴回转偏心误差产生的原因,在此基础之上,建立相应的回转偏心误差模型。考虑加工过程中刀具轴倾斜加工、刀具切削进给方式等工艺对工件表面形貌的影响。最后,建立球头铣刀刃线上任意点相对工件运动的轨迹方程。其次,在分析刀具刃线上任意点的运动规律以及刀具切削工件的过程之后,针对过往的研究在判断刀具切削刃与工件表面切削关系过程中需要使用数值逼近的传统方法,提出首先利用Biharmonic样条曲面插值技术获取刀具切削刃加工过程中形成的空间扫掠包络面,然后使用布尔运算判断该扫掠面与工件表面法矢的切削关系,通过更新表征工件表面的数组,获得工件加工完成之后的表面形貌。文中为了验证本文提出的球头铣刀加工工件表面形貌预测模型的正确性,设计几组加工实验,通过比较实际加工实验结果与计算机仿真预测结果,完成表面形貌预测模型的验证。最后,利用本文提出的表面形貌预测模型,针对球头铣刀切削过程中常用的加工参数进行仿真模拟分析。根据仿真结果,绘制出在该参数变化情况下,工件表面粗糙度参数变化规律曲线,并对仿真参数规律变化曲线,做出原因分析。
【关键词】：计算机仿真 数控加工 表面形貌 Biharmonic样条曲面
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG547
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 背景9-10
• 1.2 数控加工仿真技术10
• 1.3 表面形貌综述10-13
• 1.4 表面形貌研究方法13-14
• 1.5 本文研究内容14
• 1.6 小结14-15
• 2 球头铣刀加工工件表面形貌预测15-37
• 2.1 引言15-17
• 2.2 球头铣刀运动过程分析17-31
• 2.2.1 球头铣刀数学建模17-20
• 2.2.2 刀具轴偏心对工件表面形貌的影响20-22
• 2.2.3 刀具倾斜对加工过程影响22-24
• 2.2.4 铣削刀具的进给方式24-27
• 2.2.5 工件坐标系下刀刃的一般表达式27-28
• 2.2.5 切削过程分析28-31
• 2.3 Biharmonic样条曲线曲面31-33
• 2.3.1 Biharmonic样条曲线曲面31
• 2.3.2 Biharmonic样条曲线曲面介绍31-33
• 2.4 计算机仿真步骤33-34
• 2.5 仿真案例展示34-36
• 2.6 小结36-37
• 3 计算机仿真加工与实验验证37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 仿真加工37-39
• 3.2.1 UG NX 8.0 CAM简介37
• 3.2.2 UG CAM加工流程37-39
• 3.3 表面粗糙度39-40
• 3.4 实验条件40-41
• 3.5 实验加工与仿真结果41-45
• 3.6 小结45-46
• 4 影响球头铣刀加工工件表面形貌因素分析46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 刀具进给切削速度47-49
• 4.3 刀具轴倾斜角49-53
• 4.4 刀具半径53-54
• 4.5 刀具轴偏心误差54-57
• 4.6 小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表学士论文情况63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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1 杨树宝;徐九华;傅玉灿;危卫华;;切削置氢TC4钛合金切削力及切削温度的有限元分析[J];工具技术;2011年06期

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本文编号：858471