基于難加工材料特性的高速銑削力預(yù)測模型.pdf

1、鎳基高溫合金及鈦合金是典型的難加工金屬材料，具有優(yōu)良的力學(xué)特性，被廣泛用于制造火箭發(fā)動機(jī)、蒸汽輪機(jī)及內(nèi)燃機(jī)等裝備中的關(guān)鍵熱端零部件。而在此類零件的高速銑削加工過程中，銑削力是一個重要的過程參數(shù)，其中蘊含著材料及刀具參數(shù)、工件幾何以及系統(tǒng)振動等信息，并直接影響加工質(zhì)量、效率、安全性以及穩(wěn)定性等。因此，建立銑削力預(yù)測模型，進(jìn)行實際加工前的過程模擬和銑削力預(yù)測，并針對銑削力過大或波動劇烈區(qū)域及時修正加工軌跡及工藝參數(shù)，對于提高生產(chǎn)效率和安全性

2、、降低成本有著重要作用。以往的銑削力建模方法大多只是針對常規(guī)切削速度下的銑削力研究，且在適用性或精度上存在一定的局限性，而難加工金屬材料的切削機(jī)理本身在高速狀態(tài)下就與低速狀態(tài)下有所區(qū)別。因此，研究具有多適用性且適應(yīng)高速切削狀態(tài)的銑削力高精度預(yù)測模型具有一定的工程實際意義。
　　本文以對不同難加工材料的高速銑削力精確預(yù)測為主要研究目標(biāo)，通過研究分析材料特性:屈服強(qiáng)度、塑性、導(dǎo)熱性等對銑削力影響規(guī)律，并結(jié)合刀具角度、高速切削條件以及工

3、件形貌等因素，提出了一種多適用性銑削力預(yù)報方法。針對球頭銑刀及平頭銑刀的幾何特征與銑削特點，分別建立對應(yīng)的銑削力預(yù)測模型，實現(xiàn)對多適用性模型的探究。本文主要研究內(nèi)容為:
　　首先，研究與難加工材料高速銑削方式相適應(yīng)的銑削力建模方法，完善建模思路與流程;通過微分處理，將刀具劃分為一系列切削微元，以微元作為基本研究的單位，展開切削機(jī)理研究，并以微分的方式將連續(xù)的銑削過程離散為一系列靜態(tài)的切削位姿組合;分析并建立了包括局部坐標(biāo)系、刀具坐

4、標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及機(jī)床坐標(biāo)系在內(nèi)的坐標(biāo)系體系，研究刀具幾何形狀及在轉(zhuǎn)動與進(jìn)給狀態(tài)下動、靜態(tài)坐標(biāo)系之間相互變換機(jī)制。
　　結(jié)合直角及斜角切削特點，分析切削微元受力形式與力矢量的變化規(guī)律;研究金屬切削過程內(nèi)在機(jī)理，結(jié)合機(jī)械模型建模方法與解析模型建模方法，綜合分析微元受力受工件材料參數(shù)及切削條件的交互影響規(guī)律;在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)驗關(guān)系建立刀具前刀面受力與工件材料參數(shù)及切削條件的函數(shù)關(guān)系;修正球頭銑刀銑削力模型中未變形計算厚度的計

5、算方法，考慮軸向進(jìn)給的影響;建立并使用分層平均力反向識別的方法識別引入的系數(shù);分別針對球頭和平頭銑刀銑削方式，建立不同銑刀的銑削力預(yù)測模型。
　　最后，針對所建立的銑削力預(yù)測模型，進(jìn)行了包括平面及曲面上的高速銑削試驗，以對模型進(jìn)行可靠性檢驗;通過Matlab編程模擬模型銑削過程，預(yù)測刀具實時受力狀態(tài)，并將實驗值與預(yù)測值進(jìn)行比對，結(jié)果顯示兩者在幅值和趨勢上都能較好地吻合;結(jié)合實際應(yīng)用需求，對如何進(jìn)一步提高預(yù)測精度給出了可行性建議。以