防銹鋁合金弱剛度復(fù)雜構(gòu)件高速銑削工藝研究.pdf

1、中華人民共和國(guó)工學(xué)博士學(xué)位論文防銹鋁合金弱剛度復(fù)雜構(gòu)件高速銑削工藝研究姓名汪振華導(dǎo)師袁軍堂教授南京理工大學(xué)二零零九年十月南京理工大學(xué)博士學(xué)位論文防銹鋁合金弱剛度復(fù)雜構(gòu)件高速銑削工藝研究摘要防銹鋁合金由于具有較強(qiáng)的反射可見光、熱和電磁波的能力是制造雷達(dá)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)弱剛度功能件—波導(dǎo)組件的理想材料，但其高質(zhì)量的切削加工技術(shù)研究較少。高速切削加工技術(shù)研究雖然近年來受到廣泛重視，但在切削機(jī)理、刀具材料、切削參數(shù)優(yōu)化以及切削加工數(shù)據(jù)庫(kù)等方面還需要進(jìn)

2、一步研究，目前高速切削加工技術(shù)已經(jīng)列入了2006一2020年國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。本文采用高速銑削加工技術(shù)從銑削力、表面質(zhì)量、切削參數(shù)優(yōu)化以及弱剛度構(gòu)件變形控制等方面對(duì)防銹鋁合金弱剛度復(fù)雜構(gòu)件加工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為此類材料的應(yīng)用與推廣提供了技術(shù)支持，具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的實(shí)際意義。通過對(duì)銑削過程的分析建立了三維銑削分力的理論預(yù)測(cè)模型，并根據(jù)單齒銑削過程中剪切面的面積變化規(guī)律對(duì)銑削力進(jìn)行了分類。對(duì)防銹鋁合金AIMnlCu進(jìn)

3、行了高速銑削加工試驗(yàn)，對(duì)采集的銑削力信號(hào)特征進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得到了銑削力信號(hào)的變化規(guī)律，并采用掃面電子顯微鏡對(duì)高速切削表面形貌進(jìn)行觀察與分析，獲得了銑削表面形成機(jī)理和加工表面形貌的典型特征。采用單因素試驗(yàn)法、析因試驗(yàn)法以及均勻試驗(yàn)法對(duì)AIMnlCu材料進(jìn)行了高速銑削加工試驗(yàn)。通過對(duì)單因素試驗(yàn)結(jié)果分析得到了銑削力和表面粗糙度隨切削參數(shù)的單因素變化規(guī)律，析因試驗(yàn)結(jié)果得到了影響高速銑削力和表面粗糙度的重要效應(yīng)因素，結(jié)果表明背吃刀量的影響最

4、顯著，而均勻試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明了銑削力和表面粗糙度的變化趨勢(shì)。從直觀分析的結(jié)果得到了獲得最小表面粗糙度的切削參數(shù)組合，并通過試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。采用偏最小二乘回歸法建立了基于切削參數(shù)的銑削力和表面粗糙度預(yù)測(cè)模型，提高了模型的預(yù)測(cè)精度。建立了基于切削參數(shù)的銑削力和表面粗糙度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，在此模型的基礎(chǔ)上建立了以最高加工效率為目標(biāo)并以銑削力和表面粗糙度等技術(shù)要求為約束條件的切削參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并提出了一種采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)的初始化種群技術(shù)以

5、及無重復(fù)個(gè)體的穩(wěn)態(tài)繁殖機(jī)制的模擬退火遺傳混合優(yōu)化算法，將該算法應(yīng)用到切削參數(shù)優(yōu)化計(jì)算中取得了較好效果。最終在上述技術(shù)的支持下建立了切削參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng)，并應(yīng)用該系統(tǒng)提供了不同表面粗糙度技術(shù)要求下的最優(yōu)切削參數(shù)組合。采用有限元技術(shù)和加工試驗(yàn)相結(jié)合的方法得到了不同切削路徑下弱剛度典型結(jié)構(gòu)(薄壁、超薄腹板和微型子口槽)的加工變形規(guī)律，并從切削參數(shù)和刀具的優(yōu)化選擇、切削路徑和夾具的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及加工前后工件的處理等方面提出了控制與減小弱剛度構(gòu)件加工變