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薄壁件铣削稳定性与动态加工误差研究

刘彪  
【摘要】:薄壁件高效高精加工长期以来是国内外先进制造领域的工艺难题。主要是由于薄壁件加工工艺性差,加工过程中极易产生振动,造成零件加工质量不达标,大大增加了加工成本。因此,只有有效地避免加工过程中的剧烈振动,才能实现薄壁件高效高精加工。本文主要以典型铝合金薄壁件为研究对象,对薄壁件侧铣加工过程中的动力学展开研究,主要内容如下:1.阐述了再生颤振的形成机理,建立了薄壁件铣削动力学模型和动力学方程,通过对动力学方程的稳定性进行分析和求解,得到了铣削稳定性解析表达式,分析了加工参数对铣削稳定性的影响。2.采用模态实验建立了铣削系统动态特性随铣削位置变化的关系,建立了薄壁件铣削三维稳定性图并实验验证了稳定性图的适用性,对加工表面形貌进行测量分析了颤振产生时对表面形貌的影响,铣削三维稳定性图为薄壁件铣削参数的合理选择,实现稳定性铣削和提高加工效率提供了理论依据。3.建立了薄壁件铣削加工过程中动态加工误差的频域解析表达式,仿真得到了表面位置误差图,分析了铣削参数对表面位置误差的影响,采用三坐标测量机测量了不同转速下的表面位置误差,验证了表面位置误差理论建模的正确性,为铣削加工参数优化提供了理论依据;采用铣削刀齿摆线轨迹的切削厚度模型,建立了精确的铣削力模型,得到了时域的切削力和位移,求解得到相应的动态误差,包括表面位置误差和铣削残留高度,利用庞卡莱图分析了稳定铣削和发生颤振的特征。4.建立了以加工稳定性和加工动态误差为约束条件,材料去除率为研究目标的铣削参数选择模型;确立了径向切深、轴向切深和主轴转速之间的关系,得到了材料去除率的等高线图,得到了材料去除率最大时相应的主轴转速和径向切深,进一步以加工精度对位置误差的约束,对稳定性最大主轴转速附近的区域进行加工参数的合理选择。


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