力熱綜合作用下薄壁件銑削變形及補償研究.pdf

1、高精度薄壁件廣泛應用于各種高科技領域，如宇航航空領域、造船潛艇領域等，其典型應用有發(fā)動機葉片、螺旋槳、發(fā)動機機匣等。隨著近幾年我國深空深海探索的興起以及機械加工技術的不斷發(fā)展，高精度復雜薄壁件得到越來越多的應用，對其尺寸精度的要求也越來越高。但由于此類零件剛度低易變形的特點，在銑削加工中很小的力和熱都會導致其產(chǎn)生相對較大的讓刀變形從而影響工件的尺寸精度，這一點在小尺寸的薄壁零件加工中體現(xiàn)的尤為明顯，不僅極大的限制了高精度薄壁件的進一步應

2、用，更推高了加工成本。因此，對銑削過程中產(chǎn)生的銑削力和銑削熱及其對薄壁件尺寸精度的影響進行研究、控制，對提高我國制造技術發(fā)展水平具有十分重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。
　　本文基于銑削機理，綜合考慮銑削過程中的剪切與犁切雙重機制建立了銑削力模型。首先將立銑刀沿軸線方向微分成片狀微元，建立微元銑削力模型，再將切削微元的銑削力在接觸區(qū)域內(nèi)沿切削刃進行積分，從而得出一條刀刃上的銑削力公式。由于銑刀刃周期性地切削工件，因而刀具的整體銑削力信號

3、也是周期性的?？紤]到傅里葉級數(shù)在頻域研究領域的有效性與方便性，將總的銑削力轉換成傅里葉級數(shù)形式，從而建立起傅里葉形式的銑削力模型。為進一步提高模型的實用性,更加貼近實際生產(chǎn)，本文對銑削力模型中的刀具切入角、切出角以及刀刃上任意位置的切削厚度等重要參數(shù)進行了推導計算，分別建立了單一曲線軌跡（直線、圓弧、任意曲線）和復合軌跡（折線、直線與圓相切、圓與圓相）下銑削力的表達式，從而為模型的廣泛應用提供了理論依據(jù)。
　　同時結合銑削加工周期

4、性切削的特點，對切削加工中移動熱源的建立方法進行修正，建立了螺旋立銑刀銑削加工的工件溫度預測模型，結合上文的銑削力模型，為建立銑削力和銑削熱共同作用下薄壁件的變形模型打下了基礎。
　　為驗證銑削力模型和銑削熱模型的正確與否，設計了加工驗證進行實驗。首先根據(jù)第二章建立的銑削力數(shù)學表達式，結合加工參數(shù)及實驗中測出的銑削力，回歸出銑削力系數(shù)，從而求得銑削力清晰表達式。編制MATLAB程序，并計算模擬出一定銑削參數(shù)條件下的銑削力與銑削熱，

5、分別與相同條件下測力儀測得的銑削力與紅外熱像儀測得的溫度做比，發(fā)現(xiàn)二者吻合良好，從而驗證了建立的銑削力與銑削熱模型。
　　將上述模型預測出的銑削力和銑削熱通過ANSYS施加到一定形狀的薄壁件上，計算出工件的讓刀變形從而為離線補償提供依據(jù)?？紤]到ANSYS經(jīng)典操作界面費時費力，大大限制了補償模型的實際應用性，本章主要介紹通過ANSYS命令流——APDL語言進行模型建立、網(wǎng)格劃分與變形計算的方法，在不影響計算精度的情況下大大縮短了計算

6、時間，提高了模型的實際應用性。
　　最后進行了薄壁工件側銑補償實驗。在給定加工參數(shù)情況下，結合之前建立的銑削力模型和銑削熱數(shù)學模型及APDL工件變形預測模型，計算出薄壁件的理論變形量。同時將刀桿視為懸臂梁，計算銑削力作用下刀桿變形，綜合分析工件變形和刀具變形從而為刀具路徑優(yōu)化與誤差補償提供理論依并進行補償加工實驗。通過對比補償前后工件的尺寸誤差和表面微觀形貌，證明了文中建立的銑削力和銑削熱模型的有效性以及提出的變形補償策略的實用性