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《东北大学》 2009年
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薄壁件周铣表面质量影响因素的研究

马帅  
【摘要】:薄壁零件是指由各种薄型板(壳)和加强筋条构成的轻量化结构,具有重量轻、强度高、造型美观等突出优点,工程应用日益广泛。但薄壁结构制造过程中极易发生变形、失稳和振动等问题,制造难度极大,是国际上公认的复杂制造工艺问题。 高速切削是当今世界制造业中一项快速发展的高新技术。高速加工以其切削力小、切削热变形低、切削速度高、单位时间去除材料率大、加工精度高等特点,在切削加工弱刚度工件时与其他加工方式相比有着明显的优势。大量的切削热量被高速离去的切屑带走,即使在无任何冷却条件的情况下,工件和刀具的热变形和受压变形也是很小的,在高切削效率下,又能得到高切削精度。用此方法加工薄壁件,在加工工件很长而刚性较差的情况下,也能取得满意的加工效果。 颤振是发生在加工过程中的一种自激振动。但是考虑到生产率和产品质量,这个最不希望的现象是常见的阻碍之一。所以,现在人们提出了很多的方法来阻止、避免、减少或者控制颤振的发生。稳定性叶瓣图显示了无颤振加工和不稳定加工的边界,它们是主轴转速和轴向切深的函数。这些图经常用来选择加工参数中可以无颤振加工的组合。 本论文以薄壁件高速铣削加工为研究对象,首先提出了铣削加工铣削力建模与仿真的方法。螺旋周铣的铣削力都是基于预测加工理论,通过实验工件材料性质、刀具几何结构和切削条件来预测表面质量影响因素。在这个模型,考虑螺旋角度的影响下,螺旋铣刀的每个刀齿都沿着轴向被划分成很多片,每个片上的铣削力都是按照斜角切削来建模的,把所有刀齿上的每个片的铣削力求和就可以得到作用在刀具上的总的铣削力。后来就开发了一个基于MATLAB的预测螺旋铣削的铣削力模型。进行薄壁零件高速铣削实验,通过实验采集的铣削力值校正铣削力模型,并且验证模型的可靠性。 其次本文提出了一个实验方法来建立稳定性叶瓣图。通过冲击实验获得主轴与刀具的频率响应函数,进行了主轴与铣刀之间的传递函数的建模研究,构建了周铣动态切削力及颤振稳定域解析模型。仿真的结果显示,在铣削过程中铣削力对表面质量的尺寸精度有着重要的影响。并且给出关于怎样选择刀具、安装刀具和铣削参数来得到理想的铣削力分配的建议。 最后通过铝合金薄壁件高速铣削正交实验和薄壁件尺寸精度、形状精度、表面粗糙度的测量结果分析,研究高速铣削参数对工件尺寸精度、表面质量和铣削力变化的影响规律,得到各加工参数的选用原则,优化薄壁零件高速铣削参数。 本文中所有的模型——铣削力预测模型、颤振稳定性解析模型、表面尺寸预测模型均得到实验数据的验证,基本吻合,一致性良好。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG54

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