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薄壁零件高速铣削工艺与仿真研究

作　者: 李跃
导　师: 巩亚东
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 薄壁零件高速铣削工艺参数仿真
分类号: TG54
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 3次
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内容摘要

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。在现代工业发达国家,高速切削作为一种新的切削加工理念,被愈来愈多的机械工程师所认可。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。本文首先介绍了影响薄壁零件高速铣削加工精度的因素,影响薄壁零件加工精度的因素主要取决于由机床、夹具、刀具和工件构成的工艺系统的几何误差、受力受热变形和工件内应力引起的误差。分析了薄壁零件加工变形产生的原因和特点,得出切削力的大小和构件刚度的是影响加工质量的决定性的因。在加工过程中不可避免的产生切削振动问题,恶化零件的加工表面质量,降低机床、刀具的使用寿命,产生噪声,严重时使切削加工无法进行。提出了几点提高薄壁件加工精度的技术途径。本课题在研究影响薄壁件高速铣削加工精度因素的基础上,利用理论分析、计算机模拟仿真和加工实验相结合的方法,合理安排加工工艺和优化切削参数,保证加工精度,提高加工质量和效率。然后建立了一个改良的动态铣削力模型,包括未变形切屑厚度的尺寸影响,有效的前角和切屑流角度的影响。仿真的结果显示,在切入过程中铣削力的分配对完成加工部分的尺寸精度有着重要的影响。并且给出关于怎样选择刀具和铣削参数来得到理想的铣削力分配的建议。模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术,是所有动态分析类型的最基础的内容。谐波响应分析主要是用于分析持续的周期体载荷在结构系统中产生持续的周期响应,以及确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的体载荷时的模态响应。本文通过有限元软件ANSYS对薄壁件进行模态和谐响应分析,得出系统振动的固有参数,为避免加工时发生共振影响加工精度提供理论依据。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。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。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-22
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 薄壁零件的特点与结构材料  13-15
    1.2.1 薄壁零件的结构特点  13-14
    1.2.2 薄壁零件的工艺特点  14
    1.2.3 薄壁零件的结构材料  14-15
  1.3 薄壁零件的加工方法  15-17
    1.3.1 薄壁零件的加工难点  15
    1.3.2 薄壁零件的常用加工方法  15-16
    1.3.3 薄壁零件的其他加工方法  16-17
  1.4 高速切削及其发展现状  17-21
    1.4.1 高速切削的概念  17-18
    1.4.2 高速切削的发展概况  18
    1.4.3 高速切削加工技术的应用  18-20
    1.4.4 高速切削的特点  20-21
  1.5 本论文研究内容与方法  21
  1.6 本章小结  21-22
第2章薄壁件高速铣削加工精度影响因素分析  22-28
  2.1 影响薄壁零件加工精度的因素  22-23
  2.2 薄壁件加工过程中变形产生的原因  23-24
  2.3 薄壁件铣削过程中的变形特点  24-25
  2.4 高速铣削参数对表面粗糙度影响  25-26
    2.4.1 影响高速铣削表面粗糙度的因素  25-26
  2.5 提高薄壁零件加工精度的技术途径  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章建立铣削力模型与仿真研究  28-38
  3.1 引言  28-29
  3.2 改良的动态铣削力模型  29-34
  3.3 铣削力系数的估计  34
  3.4 铣削力分布的预测与仿真  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章薄壁零件模态和谐响应分析  38-50
  4.1 模态和谐响应分析背景概述  38-40
    4.1.1 有限元概述  38-39
    4.1.2 ANSYS软件的介绍  39-40
    4.1.3 模态和谐响应分析简介  40
  4.2 ANSYS振动模态和谐响应分析  40-49
    4.2.1 ANSYS振动模态分析  40-46
    4.2.2 ANSYS谐波响应分析  46-49
  4.3 结果分析  49
  4.4 本章小结  49-50
第5章薄壁零件高速铣削加工实验  50-72
  5.1 实验准备  50-56
    5.1.1 实验目的  50
    5.1.2 实验原理  50
    5.1.3 实验基础  50-52
    5.1.4 实验条件  52-56
  5.2 校正铣削力模型实验  56-58
    5.2.1 铣削力测量系统  56-57
    5.2.2 校正铣削力模型  57-58
  5.3 2024-T351铝合金薄壁件高速铣削加工实验  58-71
    5.3.1 实验方案  58-60
    5.3.2 实验结果与分析  60-70
    5.3.3 铝合金薄壁件加工参数选用原则  70-71
  5.4 本章小结  71-72
第6章结论与展望  72-74
  6.1 结论  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77

薄壁零件高速铣削工艺与仿真研究

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