變曲率曲面周銑銑削力建模、穩(wěn)定性預測及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展和市場競爭日益激烈，在航空航天、船舶、汽車、模具等領域不斷涌現(xiàn)出形狀更加復雜的產品以滿足客戶需求，這些產品通常具有復雜的曲線曲面結構。銑削過程中，曲率不斷變化會引起實際銑削參數(shù)偏離程序中設定的名義參數(shù)，各刀齒銑削狀態(tài)不再完全相同，并具有時變性，導致其動態(tài)性能不同于直線銑削和圓弧銑削。論文基于曲率變化這一特點，以變曲率曲面周銑為研究對象，圍繞“銑削力建模—穩(wěn)定性預測—銑削參數(shù)優(yōu)化”這一主線，通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗

2、研究等手段對相關內容進行了研究。
　　基于直線插補理念給出了瞬時刀具中心位置、位置角、進給方向和對應加工時間的計算方法。依據(jù)進給方向、刀齒軌跡和加工前工件輪廓之間的幾何關系推導出變曲率曲面周銑的實際每齒進給量和實際徑向切深的計算公式，從而建立了變曲率曲面周銑瞬時銑削力模型。進一步分析了偏心跳動對銑削力的影響，推導出偏心跳動影響下的瞬時未變形切屑厚度計算方法，在將微段曲線簡化為圓弧的基礎上，給出了瞬時未變形切屑厚度的顯式計算公式，避

3、免了大量方程求解，提高了銑削力預報的效率。針對典型曲率突變銑削的情況，以直線接直線銑削和內圓角銑削為例，從幾何描述、銑削過程分析和幾何工藝建模等方面進行了研究，以前、后直線夾角大小對銑削過程進行分段，并給出了相應的實際徑向切深等參數(shù)的計算方法。采用斜角切削有限元方法和單次試驗分離銑削力公稱分量法分別實現(xiàn)了瞬時切削力系數(shù)辨識，在此基礎上，基于實測銑削力和預測銑削力的相對誤差識別出刀具偏心跳動。利用辨識的切削力系數(shù)和刀具偏心跳動參數(shù)，試驗驗

4、證了變曲率曲面周銑、直線接直線銑削、內圓角銑削的銑削力模型，仿真分析了曲率對實際每齒進給量、實際徑向切深、切入/切出角、進給方向力和法向銑削力的影響，結果證實了曲率對每齒進給量的影響微弱至可以忽略，主要影響到實際徑向切深和進給方向。
　　基于瞬時切削力系數(shù)建立了變曲率曲面周銑的變時滯銑削動力學模型，采用泰勒公式對動態(tài)銑削力模型進行了簡化，忽略了曲率對時滯周期的影響，采用時域半離散方法對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行求解。提出了極限軸向切深的改進

5、折半查找方法，從而實現(xiàn)了穩(wěn)定極限圖的快速繪制。分析了切削力系數(shù)、每齒進給量、徑向切深對銑削穩(wěn)定性的影響，結果表明，采用平均切削力系數(shù)計算銑削穩(wěn)定性明顯偏于保守，穩(wěn)定性隨徑向切深增大而減弱，隨每齒進給量增大而增強。針對變曲率曲面周銑參數(shù)的時變性，提出采用穩(wěn)定極限—刀具位置曲線來預測整個銑削過程穩(wěn)定性的方法，從而實現(xiàn)了銑削穩(wěn)定性的跟蹤預測，并通過試驗證實了所提穩(wěn)定性預測方法的有效性。
　　考慮到曲率對實際徑向切深的影響，提出了基于曲率