环形铣刀五轴数控加工切削力建模

发布时间：2017-06-18 19:07

  本文关键词：环形铣刀五轴数控加工切削力建模，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：金融危机过后,美国政府提出了“制造业回归”的战略,这一战略的提出反映出了制造业对于一个国家的重要性。我国作为制造业大国,但是却大而不强。国务院总理李克强2015年3月25日主持召开国务院常务会议,部署加快推进实施“中国制造2025”,高档数控机床成为重点发展的十大领域之一;《国家中长期科学和技术发展规划纲要》(2006-2020)和国家自然科学基金委员会机械工程学科发展战略报告《机械与制造科学》(2006-2020)均将复杂曲面零件设计、制造、测量等关键技术列入制造业重点复杂领域的优先主题。五轴联动数控机床是高档数控机床代表,专门用于加工复杂曲面。当今国内越来越多的企业装备了五轴数控机床,但是没有五轴数控加工相关的理论、长期的使用经验和切削参数数据库指导切削用量的选择更谈不上进行优化,不仅不能充分发挥先进设备应有的效能,还可能因为不正确的工艺参数导致较差的表面质量和刀具磨损等。切削力是选择切削参数时主要考虑的因素,对刀具的寿命、加工中的稳定性和加工表面质量有很大影响。但对五轴数控加工中切削力的研究大都是针对球头铣刀,现代制造业精密化和高速化发展迫切要求对其他几何形状的刀具进行研究。因此,本文针对环形铣刀五轴数控加工切削力模型进行研究。进行五轴数控加工切削力建模之前首先需要对五轴数控加工过程切削几何进行建模,切削几何建模的目的是确定刀具工件接触面边界,但由于五轴数控加工过程中刀轴矢量一直在变化,刀具工件接触面也在变化,计算非常复杂。本文使用NURBS曲面来表示工件曲面,并推导了五轴数控加工过程中环形铣刀圆环面的表达式,通过圆环面和NURBS曲面求交算法来计算刀具工件接触面边界,将刀具工件接触面问题转化为曲面和曲面的求交问题。接下来建立了五轴数控加工切削力模型,并编写了切削力仿真算法,最后对环形铣刀加工自由曲面中的切削力进行了仿真。
【关键词】：环形铣刀 五轴数控加工 几何建模 切削力 NURBS曲面
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• 英文摘要5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题来源9
• 1.2 研究背景与研究意义9-10
• 1.2.1 研究背景9-10
• 1.2.2 研究意义10
• 1.3 国内外研究现状10-18
• 1.3.1 五轴数控加工过程切削几何建模11-15
• 1.3.2 五轴数控加工切削力建模15-18
• 1.4 技术方案18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 五轴数控加工过程切削几何建模19-31
• 2.1 介绍19-20
• 2.2 五轴数控加工过程中环形铣刀圆环面几何建模20-25
• 2.2.1 环形铣刀圆环面的数学模型20-21
• 2.2.2 环形铣刀螺旋切削刃的几何模型21-23
• 2.2.3 五轴数控加工过程中环形铣刀圆环面几何建模23-25
• 2.3 工件曲面模型25-29
• 2.3.1 NURBS曲线的定义26-27
• 2.3.2 NURBS曲面的表示方法27-28
• 2.3.3 一般曲面的NURBS表示28-29
• 2.4 五轴数控加工过程中刀具工件接触面计算29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 五轴数控加工切削力建模31-49
• 3.1 引言31
• 3.2 直角切削力学31-36
• 3.2.1 直角切削力学分析31-35
• 3.2.2 直角切削加工切削力的机械模型35-36
• 3.2.3 直角切削过程中剪切角的理论预测36
• 3.3 斜角切削力学36-40
• 3.3.1 斜角切削过程中的切削几何关系36-37
• 3.3.2 斜角切削过程中切削参数的求解37-39
• 3.3.3 斜角切削切削力模型39-40
• 3.4 环形铣刀五轴数控加工切削力建模40-42
• 3.5 环形铣刀五轴数控加工切削力仿真42-48
• 3.5.1 环形铣刀五轴数控加工切削力系数42-44
• 3.5.2 环形铣刀五轴数控加工切削力仿真算法44-46
• 3.5.3 环形铣刀五轴数控加工切削力仿真实例46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 总结与展望49-51
• 4.1 总结49
• 4.2 展望49-51
• 参考文献51-57
• 致谢57-59
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请专利59-61
• 附录 161-63
• 附录 263-65

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