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复杂曲面模具铣削稳定性分析及工艺参数优化

崔健  
【摘要】:随着现代工业飞速发展和市场竞争日益激烈,在模具行业不断涌现出形状复杂的产品用来满足客户的需求,这些产品通常具有复杂的曲线曲面结构。铣削过程中,曲率不断变化会引起实际切削参数偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同,本文针对复杂曲面模具球头铣刀铣削过程中存在的上述问题,对型腔曲线加工过程的切削厚度,切入、切出角等进行修正;在曲面加工过程中,对球头铣刀铣削过程切削厚度、刀具-工件接触区域、稳定性预测及工艺参数优化进行研究,主要内容包括:(1)针对淬硬钢模具型腔曲线铣削加工过程,本文通过理论分析对实际每齿进给量,未变形切削厚度以及实际径向切深和切入、切出角进行修正,并对曲率突变位置进行分析;建立铣削动力学模型,得到铣削稳定性叶瓣图,并分析淬硬钢模具型腔曲线工艺参数和铣刀几何参数对铣削稳定性的影响。(2)针对复杂曲面模具铣削加工过程,本文通过理论分析,考虑曲面特征对未变形切削厚度的影响,根据三维次摆线模型、球头铣刀几何形状,得到刀齿实际运动轨迹;根据刀齿实际运动轨迹,考虑曲面特征对未变形切削厚度的影响,利用解析法对未变形切削厚度进行修正,并且分析曲面特征对未变形切削厚度的影响规律。(3)针对复杂曲面模具加工过程,本文对动态切削厚度、刀具-工件接触区域进行修正,建立考虑变时滞参数的铣削动力学模型,应用全离散法对该模型进行求解;并且分析了工件曲率和前倾角对铣削稳定域的影响,并进行实验验证。(4)以材料去除率和表面粗糙度作为目标函数,然后得到二者综合的目标函数,依据铣削稳定性以及工艺参数作为约束条件,应用MATLAB建立多目标的优化问题,通过遗传算法对目标函数求解,并进行实验验证。


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