薄壁件高速銑削穩(wěn)定性及加工質(zhì)量應(yīng)用研究.pdf

1、薄壁件廣泛應(yīng)用在航空航天和國(guó)防工業(yè)中，它形狀結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工余量較大，整體剛性較差，加工工藝性差，加工過(guò)程中易發(fā)生變形與振動(dòng)。研究薄壁件高速銑削加工技術(shù)具有重要的理論意義與工程實(shí)用價(jià)值。論文根據(jù)研究的應(yīng)用背景，針對(duì)薄壁件在加工過(guò)程中出現(xiàn)的主要技術(shù)問(wèn)題，基于高速銑削加工技術(shù)，圍繞薄壁件高速銑削穩(wěn)定性分析、變形預(yù)測(cè)及誤差補(bǔ)償、表面質(zhì)量控制、加工增效工藝等問(wèn)題，對(duì)薄壁件高速銑削加工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。
　　通過(guò)對(duì)銑削過(guò)程的分析，考慮

2、再生顫振對(duì)穩(wěn)定性的影響，建立一維、二維、三維銑削穩(wěn)定性數(shù)學(xué)模型。分別采用零階頻域解析法（ZOA法）和半離散法（SD法）對(duì)銑削穩(wěn)定性邊界進(jìn)行求解，得到穩(wěn)定性葉瓣圖，對(duì)由這兩種方法得到的葉瓣圖進(jìn)行分析，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了葉瓣圖的正確性。對(duì)側(cè)銑薄壁件時(shí)不同位置處的葉瓣圖變化規(guī)律進(jìn)行研究，用結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)解釋了此規(guī)律的原因。
　　以典型的薄壁件——鋁合金鏡座的內(nèi)孔加工為研究對(duì)象，闡述了薄壁件高速銑削變形量預(yù)測(cè)的有限元模擬流程，利

3、用ABAQUS有限元分析軟件，研究了薄壁件加工變形預(yù)測(cè)的建模技術(shù)，裝夾變形仿真，變形量計(jì)算等問(wèn)題，得到鋁合金鏡座內(nèi)孔的加工變形規(guī)律。在對(duì)加工變形規(guī)律認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，提出了薄壁件加工層次循環(huán)誤差補(bǔ)償方案，并通過(guò)加工試驗(yàn)對(duì)變形規(guī)律及誤差補(bǔ)償方案進(jìn)行了驗(yàn)證。內(nèi)孔銑削變形量控制在0.025mm以內(nèi)，證明了所提誤差補(bǔ)償方法是正確和有效的。
　　研究了高速銑削薄壁件加工表面形成機(jī)理，推導(dǎo)了表面粗糙度Ra與刀具半徑、徑向切深等加工參數(shù)的關(guān)系。用自

4、適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)方法對(duì)高速銑削表面粗糙度Ra進(jìn)行預(yù)測(cè)，闡述了ANFIS法的模型結(jié)構(gòu)與工作原理，建立了預(yù)測(cè)模型并對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。通過(guò)對(duì)高速銑削加工試驗(yàn)的結(jié)果與ANFIS法預(yù)測(cè)得到的結(jié)果進(jìn)行比較，測(cè)量值與預(yù)測(cè)值誤差在6％以內(nèi)，從而驗(yàn)證了預(yù)測(cè)模型的正確性。
　　基于遺傳算法對(duì)薄壁件高速銑削粗、精加工進(jìn)行了多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化。對(duì)生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本及表面粗糙度進(jìn)行線性加權(quán)，針對(duì)薄壁件的粗、精加工階段設(shè)置不同的加權(quán)系數(shù)。粗加工

5、階段以生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本作為主要優(yōu)化目標(biāo)，精加工階段以表面粗糙度作為主要優(yōu)化目標(biāo)。設(shè)計(jì)變量的編碼根據(jù)模式定理進(jìn)行交叉編碼。對(duì)優(yōu)化前后的切削參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，為優(yōu)選薄壁件高速銑削參數(shù)提供了理論方法和試驗(yàn)依據(jù)。
　　為了滿足高速銑削高切削率要求，提出了模糊控制、在線調(diào)節(jié)進(jìn)給量實(shí)現(xiàn)恒力切削的方法。模糊控制器輸入變量為參考力與實(shí)際切削力之差以及二者偏差的變化率，經(jīng)過(guò)模糊化、模糊推理及去模糊運(yùn)算過(guò)程，輸出每齒進(jìn)給量的變化量。其中模糊控制器采用模糊

6、規(guī)則在線自調(diào)整，輸出比例因子在線自適應(yīng)的控制策略。采用3-3-5-1型BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了數(shù)控高速銑削過(guò)程模型，輸入切削參數(shù)，輸出為實(shí)際切削力。將模糊控制器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩者結(jié)合，構(gòu)建了高速銑削恒力控制模型。該模型通過(guò)仿真和實(shí)際驗(yàn)證，金屬切除率分別提高18％和29％。
　　對(duì)于罩殼型腔粗、精加工，利用穩(wěn)定性葉瓣圖選擇合適的切削參數(shù);對(duì)于整體葉輪，從毛坯、刀具的選擇、夾具的設(shè)計(jì)以及整體葉輪加工工藝流程、數(shù)控程序的編制及仿真、試件的加工