力熱綜合作用下薄壁件銑削變形及補(bǔ)償研究.pdf

1、高精度薄壁件廣泛應(yīng)用于各種高科技領(lǐng)域，如宇航航空領(lǐng)域、造船潛艇領(lǐng)域等，其典型應(yīng)用有發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等。隨著近幾年我國深空深海探索的興起以及機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度復(fù)雜薄壁件得到越來越多的應(yīng)用，對(duì)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(diǎn)，在銑削加工中很小的力和熱都會(huì)導(dǎo)致其產(chǎn)生相對(duì)較大的讓刀變形從而影響工件的尺寸精度，這一點(diǎn)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(jìn)一步應(yīng)

2、用，更推高了加工成本。因此，對(duì)銑削過程中產(chǎn)生的銑削力和銑削熱及其對(duì)薄壁件尺寸精度的影響進(jìn)行研究、控制，對(duì)提高我國制造技術(shù)發(fā)展水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　本文基于銑削機(jī)理，綜合考慮銑削過程中的剪切與犁切雙重機(jī)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(jìn)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(hào)

3、也是周期性的?？紤]到傅里葉級(jí)數(shù)在頻域研究領(lǐng)域的有效性與方便性，將總的銑削力轉(zhuǎn)換成傅里葉級(jí)數(shù)形式，從而建立起傅里葉形式的銑削力模型。為進(jìn)一步提高模型的實(shí)用性,更加貼近實(shí)際生產(chǎn)，本文對(duì)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(jìn)行了推導(dǎo)計(jì)算，分別建立了單一曲線軌跡（直線、圓弧、任意曲線）和復(fù)合軌跡（折線、直線與圓相切、圓與圓相）下銑削力的表達(dá)式，從而為模型的廣泛應(yīng)用提供了理論依據(jù)。
　　同時(shí)結(jié)合銑削加工周期

4、性切削的特點(diǎn)，對(duì)切削加工中移動(dòng)熱源的建立方法進(jìn)行修正，建立了螺旋立銑刀銑削加工的工件溫度預(yù)測模型，結(jié)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(chǔ)。
　　為驗(yàn)證銑削力模型和銑削熱模型的正確與否，設(shè)計(jì)了加工驗(yàn)證進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先根據(jù)第二章建立的銑削力數(shù)學(xué)表達(dá)式，結(jié)合加工參數(shù)及實(shí)驗(yàn)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(dá)式。編制MATLAB程序，并計(jì)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(yàn)證了建立的銑削力與銑削熱模型。
　　將上述模型預(yù)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(jì)算出工件的讓刀變形從而為離線補(bǔ)償提供依據(jù)?？紤]到ANSYS經(jīng)典操作界面費(fèi)時(shí)費(fèi)力，大大限制了補(bǔ)償模型的實(shí)際應(yīng)用性，本章主要介紹通過ANSYS命令流——APDL語言進(jìn)行模型建立、網(wǎng)格劃分與變形計(jì)算的方法，在不影響計(jì)算精度的情況下大大縮短了計(jì)算

6、時(shí)間，提高了模型的實(shí)際應(yīng)用性。
　　最后進(jìn)行了薄壁工件側(cè)銑補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。在給定加工參數(shù)情況下，結(jié)合之前建立的銑削力模型和銑削熱數(shù)學(xué)模型及APDL工件變形預(yù)測模型，計(jì)算出薄壁件的理論變形量。同時(shí)將刀桿視為懸臂梁，計(jì)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(bǔ)償提供理論依并進(jìn)行補(bǔ)償加工實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)比補(bǔ)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(bǔ)償策略的實(shí)用性