力热综合作用下薄壁件铣削变形及补偿研究
发布时间:2020-12-26 11:54
高精度薄壁件广泛应用于各种高科技领域,如宇航航空领域、造船潜艇领域等,其典型应用有发动机叶片、螺旋桨、发动机机匣等。随着近几年我国深空深海探索的兴起以及机械加工技术的不断发展,高精度复杂薄壁件得到越来越多的应用,对其尺寸精度的要求也越来越高。但由于此类零件刚度低易变形的特点,在铣削加工中很小的力和热都会导致其产生相对较大的让刀变形从而影响工件的尺寸精度,这一点在小尺寸的薄壁零件加工中体现的尤为明显,不仅极大的限制了高精度薄壁件的进一步应用,更推高了加工成本。因此,对铣削过程中产生的铣削力和铣削热及其对薄壁件尺寸精度的影响进行研究、控制,对提高我国制造技术发展水平具有十分重要的现实意义和经济价值。本文基于铣削机理,综合考虑铣削过程中的剪切与犁切双重机制建立了铣削力模型。首先将立铣刀沿轴线方向微分成片状微元,建立微元铣削力模型,再将切削微元的铣削力在接触区域内沿切削刃进行积分,从而得出一条刀刃上的铣削力公式。由于铣刀刃周期性地切削工件,因而刀具的整体铣削力信号也是周期性的。考虑到傅里叶级数在频域研究领域的有效性与方便性,将总的铣削力转换成傅里叶级数形式,从而建立起傅里叶形式的铣削力模型。为...
【文章来源】:上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:101 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景和研究意义
1.1.1 课题的背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 国内外铣削力模型研究与发展
1.2.2 国内外铣削热模型研究与发展
1.2.3 铣削加工补偿研究概况
1.3 存在的问题
1.4 本文的主要内容
第二章 复杂路径下立铣刀铣削力建模与铣削热建模
2.1 引言
2.2 立铣刀的铣削力建模
2.2.1 微元切削点的铣削力模型
2.2.2 刀具单齿铣削力建模
2.2.3 刀具整体铣削力模型
2.2.4 确定刀具铣削积分上下限
2.2.5 铣削力的傅里叶变换与化简
2.3 单一曲线轨迹下铣削力模型的参数推导
2.3.1 直线轨迹下的重要参数推导
2.3.2 圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.3.3 任意曲线轨迹下的重要参数推导
2.4 复合曲线轨迹下铣削力模型的参数推导
2.4.1 折线轨迹下的重要参数推导
2.4.2 直线与圆相切轨迹下的重要参数推导
2.4.3 内切圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.4.4 外切圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.5 立铣刀铣削热建模
2.5.1 正交切削的移动热源模型
2.5.2 铣削加工的移动热源模型
2.6 本章小结
第三章 铣削力与铣削热理论模型实验验证
3.1 引言
3.2 铣削力系数计算
3.3 实验介绍及结果分析
3.3.1 实验使用器材介绍
3.3.2 实验铣削参数介绍
3.3.3 实验结果与分析
3.4 本章小结
第四章 基于APDL的移动力源与移动热源下工件变形计算
4.1 引言
4.2 基于APDL的工件有限元变形计算模型
4.2.1 基于APDL的铣削力作用下工件有限元变形计算模型
4.2.2 基于APDL的铣削热作用下工件有限元变形计算模型
4.2.3 基于APDL的力热综合作用下工件有限元变形计算模型
4.3 工件变形结果输出与讨论
4.4 本章小结
第五章 力热综合作用下铣削变形的补偿策略
5.1 引言
5.2 变形补偿策略简介
5.3 实验验证
5.3.1 工件加工误差预测模型有效性的验证
5.3.2 补偿策略有效性的验证
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 论文创新点
6.3 进一步工作展望
参考文献
附录1:铣削力实验数据
附录2:铣削力理论波形与实测波形比较
附录3:铣削热实验图
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果
【参考文献】:
期刊论文
[1]数控机床误差补偿技术现状与展望[J]. 杨建国,姚晓栋. 世界制造技术与装备市场. 2012(03)
[2]干切削温度场的数学物理建模与预测验证[J]. 康征,季霞,张雪萍,Steven Y.Liang. 机械设计与研究. 2011(03)
[3]数控系统的技术发展趋势[J]. 李洁,孙世辉. 金属加工(冷加工). 2011(12)
[4]整体硬质合金铣刀铣削热实验研究[J]. 岳鑫,汤爱民,何云,李辰捷. 硬质合金. 2011(03)
[5]金属切削刀具后刀面的切削热研究[J]. 汪世益,满忠伟,方勇. 制造技术与机床. 2011(01)
[6]立铣切削力分类研究及精确铣削力模型的建立[J]. 康永刚,王仲奇,吴建军,姜澄宇. 航空学报. 2007(02)
[7]钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析[J]. 陈建岭,李剑峰,孙杰,宋良煜,徐志平. 组合机床与自动化加工技术. 2007(01)
[8]金属陶瓷可转位刀片的有限元分析[J]. 黄国权. 机械设计. 2005(01)
[9]平头立铣刀铣削力模型中积分限的确定方法[J]. 荆怀靖,姚英学,李建广,胡家英. 工具技术. 2004(04)
[10]立铣空间力学模型分析研究[J]. 武凯,何宁,姜澄宇,李亮,何磊. 南京航空航天大学学报. 2002(06)
博士论文
[1]航空薄壁件精密铣削加工变形的预测理论及方法研究[D]. 白万金.浙江大学 2009
[2]航空框类整体结构件铣削加工变形的数值模拟与实验研究[D]. 吴红兵.浙江大学 2008
[3]薄壁件精密切削变形控制与误差补偿技术研究[D]. 胡创国.西北工业大学 2007
[4]航空整体结构件切削加工过程的数值模拟与实验研究[D]. 成群林.浙江大学 2006
[5]航空整体结构件加工过程的数值仿真[D]. 董辉跃.浙江大学 2004
[6]航空整体结构件铣削加工变形的有限元模拟理论及方法研究[D]. 黄志刚.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于铣削力预测模型的加工进给率优化研究[D]. 李带娣.大连理工大学 2007
本文编号:2939649
【文章来源】:上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】:101 页
【学位级别】:硕士
【文章目录】:
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景和研究意义
1.1.1 课题的背景
1.1.2 课题的研究意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 国内外铣削力模型研究与发展
1.2.2 国内外铣削热模型研究与发展
1.2.3 铣削加工补偿研究概况
1.3 存在的问题
1.4 本文的主要内容
第二章 复杂路径下立铣刀铣削力建模与铣削热建模
2.1 引言
2.2 立铣刀的铣削力建模
2.2.1 微元切削点的铣削力模型
2.2.2 刀具单齿铣削力建模
2.2.3 刀具整体铣削力模型
2.2.4 确定刀具铣削积分上下限
2.2.5 铣削力的傅里叶变换与化简
2.3 单一曲线轨迹下铣削力模型的参数推导
2.3.1 直线轨迹下的重要参数推导
2.3.2 圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.3.3 任意曲线轨迹下的重要参数推导
2.4 复合曲线轨迹下铣削力模型的参数推导
2.4.1 折线轨迹下的重要参数推导
2.4.2 直线与圆相切轨迹下的重要参数推导
2.4.3 内切圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.4.4 外切圆曲线轨迹下的重要参数推导
2.5 立铣刀铣削热建模
2.5.1 正交切削的移动热源模型
2.5.2 铣削加工的移动热源模型
2.6 本章小结
第三章 铣削力与铣削热理论模型实验验证
3.1 引言
3.2 铣削力系数计算
3.3 实验介绍及结果分析
3.3.1 实验使用器材介绍
3.3.2 实验铣削参数介绍
3.3.3 实验结果与分析
3.4 本章小结
第四章 基于APDL的移动力源与移动热源下工件变形计算
4.1 引言
4.2 基于APDL的工件有限元变形计算模型
4.2.1 基于APDL的铣削力作用下工件有限元变形计算模型
4.2.2 基于APDL的铣削热作用下工件有限元变形计算模型
4.2.3 基于APDL的力热综合作用下工件有限元变形计算模型
4.3 工件变形结果输出与讨论
4.4 本章小结
第五章 力热综合作用下铣削变形的补偿策略
5.1 引言
5.2 变形补偿策略简介
5.3 实验验证
5.3.1 工件加工误差预测模型有效性的验证
5.3.2 补偿策略有效性的验证
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文工作总结
6.2 论文创新点
6.3 进一步工作展望
参考文献
附录1:铣削力实验数据
附录2:铣削力理论波形与实测波形比较
附录3:铣削热实验图
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果
【参考文献】:
期刊论文
[1]数控机床误差补偿技术现状与展望[J]. 杨建国,姚晓栋. 世界制造技术与装备市场. 2012(03)
[2]干切削温度场的数学物理建模与预测验证[J]. 康征,季霞,张雪萍,Steven Y.Liang. 机械设计与研究. 2011(03)
[3]数控系统的技术发展趋势[J]. 李洁,孙世辉. 金属加工(冷加工). 2011(12)
[4]整体硬质合金铣刀铣削热实验研究[J]. 岳鑫,汤爱民,何云,李辰捷. 硬质合金. 2011(03)
[5]金属切削刀具后刀面的切削热研究[J]. 汪世益,满忠伟,方勇. 制造技术与机床. 2011(01)
[6]立铣切削力分类研究及精确铣削力模型的建立[J]. 康永刚,王仲奇,吴建军,姜澄宇. 航空学报. 2007(02)
[7]钛合金高速切削切屑形成机理的有限元分析[J]. 陈建岭,李剑峰,孙杰,宋良煜,徐志平. 组合机床与自动化加工技术. 2007(01)
[8]金属陶瓷可转位刀片的有限元分析[J]. 黄国权. 机械设计. 2005(01)
[9]平头立铣刀铣削力模型中积分限的确定方法[J]. 荆怀靖,姚英学,李建广,胡家英. 工具技术. 2004(04)
[10]立铣空间力学模型分析研究[J]. 武凯,何宁,姜澄宇,李亮,何磊. 南京航空航天大学学报. 2002(06)
博士论文
[1]航空薄壁件精密铣削加工变形的预测理论及方法研究[D]. 白万金.浙江大学 2009
[2]航空框类整体结构件铣削加工变形的数值模拟与实验研究[D]. 吴红兵.浙江大学 2008
[3]薄壁件精密切削变形控制与误差补偿技术研究[D]. 胡创国.西北工业大学 2007
[4]航空整体结构件切削加工过程的数值模拟与实验研究[D]. 成群林.浙江大学 2006
[5]航空整体结构件加工过程的数值仿真[D]. 董辉跃.浙江大学 2004
[6]航空整体结构件铣削加工变形的有限元模拟理论及方法研究[D]. 黄志刚.浙江大学 2003
硕士论文
[1]基于铣削力预测模型的加工进给率优化研究[D]. 李带娣.大连理工大学 2007
本文编号:2939649
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