基于刀具偏離量精確預測的五軸銑削加工刀軸矢量優(yōu)化.pdf

1、作為艦船的關鍵部件，高性能多葉片轉子是船舶推進器正常運轉的核心部件和海洋工程裝備的典型代表，其制造水平直接影響我國船舶行業(yè)的自主發(fā)展速度。艦船對推進器的服役性能要求逐步提高，這對葉片轉子加工精度提出了的更高的要求。然而，艦船用推進器葉片轉子是典型的難加工零件，具有可行空間狹小、槳葉形狀復雜、葉片懸伸長、流道狹窄等特點，由此帶來刀具懸伸長、長徑比大和剛度差及工件材料去除量大等問題，都使得其表面加工精度控制困難。
　　目前，復雜曲面加

2、工刀軸矢量規(guī)劃在幾何學與運動學范疇內取得了較多的成果，較少考慮加工過程切削力、機床加工系統(tǒng)剛度和刀具受力變形等因素的控制。為此，針對多葉片轉子類復雜零件加工精度控制，研究了五軸銑削加工過程的切削力、機床加工系統(tǒng)剛度和各運動部件受力變形在刀具末端的綜合反映（刀具偏離量），并基于此探索了刀軸矢量規(guī)劃方法和在多葉片轉子上的加工應用。
　　提出了基于機械模型的圓弧銑刀五軸加工切削力預測模型。通過刀具幾何分析建立了切削刃曲線方程，并給出刀具

3、位姿的確定和相鄰刀位間刀具位姿的插值。建立統(tǒng)一考慮切削刃微元平移進給和轉動進給的未變形切屑厚度模型，給出通過切削刃微元分類的切觸區(qū)域判斷算法，建立圓弧銑刀五軸銑削加工切削力預測模型，并通過實驗驗證了模型的有效性。
　　提出了考慮整個加工系統(tǒng)運動鏈的機床末端靜剛度模型。將加工系統(tǒng)運動鏈分為刀具子系統(tǒng)與刀柄-主軸-運動軸子系統(tǒng)兩部分，分別等效為刀桿懸伸段與刀齒段不同截面的懸臂梁和變長度等效懸臂梁。通過理論計算和實驗檢測相結合的半解析方

4、法建立加工系統(tǒng)三維靜剛度模型，并應用力橢球理論分析了變長等效梁末端在不同方向上的靜剛度。
　　基于所提出的切削力模型和靜剛度模型，建立了刀具偏離量模型，并給出合成刀具偏離量、三維成形誤差和綜合成形誤差的模型。通過理論計算，得到三維刀具偏離量在刀軸矢量二維映射空間的分布圖譜。為驗證刀具偏離量模型計算結果的有效性，設計了刀具偏離量檢測實驗方案，并分析和補償了刀具偏離量測量耦合誤差與測點誤差，結果驗證了預測方法的有效性。
　　提出

5、了考慮刀具偏離量與工件表面成形誤差的刀軸矢量優(yōu)化方法。分別針對葉片轉子槳葉和流道加工，建立了考慮工件曲面法向誤差和合成刀具偏離的刀軸矢量優(yōu)化模型，設計算法得出其約束空間，并最終得到最優(yōu)刀軸矢量，在某型十葉片轉子縮比件上進行對比驗證實驗。
　　提出了考慮機床運動學映射和相鄰刀路刀軸矢量變化的整體光順度量指標。建立了五軸機床軸空間與刀具空間的通用運動學映射關系，針對具體結構機床配置建立運動學模型并求解。在十葉片轉子上進行對比實驗，結果