變曲率曲面周銑銑削力建模、穩(wěn)定性預(yù)測(cè)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，在航空航天、船舶、汽車、模具等領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)出形狀更加復(fù)雜的產(chǎn)品以滿足客戶需求，這些產(chǎn)品通常具有復(fù)雜的曲線曲面結(jié)構(gòu)。銑削過(guò)程中，曲率不斷變化會(huì)引起實(shí)際銑削參數(shù)偏離程序中設(shè)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(shí)變性，導(dǎo)致其動(dòng)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(diǎn)，以變曲率曲面周銑為研究對(duì)象，圍繞“銑削力建模—穩(wěn)定性預(yù)測(cè)—銑削參數(shù)優(yōu)化”這一主線，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)

2、研究等手段對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了研究。
　　基于直線插補(bǔ)理念給出了瞬時(shí)刀具中心位置、位置角、進(jìn)給方向和對(duì)應(yīng)加工時(shí)間的計(jì)算方法。依據(jù)進(jìn)給方向、刀齒軌跡和加工前工件輪廓之間的幾何關(guān)系推導(dǎo)出變曲率曲面周銑的實(shí)際每齒進(jìn)給量和實(shí)際徑向切深的計(jì)算公式，從而建立了變曲率曲面周銑瞬時(shí)銑削力模型。進(jìn)一步分析了偏心跳動(dòng)對(duì)銑削力的影響，推導(dǎo)出偏心跳動(dòng)影響下的瞬時(shí)未變形切屑厚度計(jì)算方法，在將微段曲線簡(jiǎn)化為圓弧的基礎(chǔ)上，給出了瞬時(shí)未變形切屑厚度的顯式計(jì)算公式，避

3、免了大量方程求解，提高了銑削力預(yù)報(bào)的效率。針對(duì)典型曲率突變銑削的情況，以直線接直線銑削和內(nèi)圓角銑削為例，從幾何描述、銑削過(guò)程分析和幾何工藝建模等方面進(jìn)行了研究，以前、后直線夾角大小對(duì)銑削過(guò)程進(jìn)行分段，并給出了相應(yīng)的實(shí)際徑向切深等參數(shù)的計(jì)算方法。采用斜角切削有限元方法和單次試驗(yàn)分離銑削力公稱分量法分別實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)切削力系數(shù)辨識(shí)，在此基礎(chǔ)上，基于實(shí)測(cè)銑削力和預(yù)測(cè)銑削力的相對(duì)誤差識(shí)別出刀具偏心跳動(dòng)。利用辨識(shí)的切削力系數(shù)和刀具偏心跳動(dòng)參數(shù)，試驗(yàn)驗(yàn)

4、證了變曲率曲面周銑、直線接直線銑削、內(nèi)圓角銑削的銑削力模型，仿真分析了曲率對(duì)實(shí)際每齒進(jìn)給量、實(shí)際徑向切深、切入/切出角、進(jìn)給方向力和法向銑削力的影響，結(jié)果證實(shí)了曲率對(duì)每齒進(jìn)給量的影響微弱至可以忽略，主要影響到實(shí)際徑向切深和進(jìn)給方向。
　　基于瞬時(shí)切削力系數(shù)建立了變曲率曲面周銑的變時(shí)滯銑削動(dòng)力學(xué)模型，采用泰勒公式對(duì)動(dòng)態(tài)銑削力模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，忽略了曲率對(duì)時(shí)滯周期的影響，采用時(shí)域半離散方法對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行求解。提出了極限軸向切深的改進(jìn)

5、折半查找方法，從而實(shí)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(jìn)給量、徑向切深對(duì)銑削穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，采用平均切削力系數(shù)計(jì)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(jìn)給量增大而增強(qiáng)。針對(duì)變曲率曲面周銑參數(shù)的時(shí)變性，提出采用穩(wěn)定極限—刀具位置曲線來(lái)預(yù)測(cè)整個(gè)銑削過(guò)程穩(wěn)定性的方法，從而實(shí)現(xiàn)了銑削穩(wěn)定性的跟蹤預(yù)測(cè)，并通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了所提穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法的有效性。
　　考慮到曲率對(duì)實(shí)際徑向切深的影響，提出了基于曲率