基于刀具偏離量精確預(yù)測(cè)的五軸銑削加工刀軸矢量?jī)?yōu)化.pdf

1、作為艦船的關(guān)鍵部件，高性能多葉片轉(zhuǎn)子是船舶推進(jìn)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)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(guó)船舶行業(yè)的自主發(fā)展速度。艦船對(duì)推進(jìn)器的服役性能要求逐步提高，這對(duì)葉片轉(zhuǎn)子加工精度提出了的更高的要求。然而，艦船用推進(jìn)器葉片轉(zhuǎn)子是典型的難加工零件，具有可行空間狹小、槳葉形狀復(fù)雜、葉片懸伸長(zhǎng)、流道狹窄等特點(diǎn)，由此帶來(lái)刀具懸伸長(zhǎng)、長(zhǎng)徑比大和剛度差及工件材料去除量大等問(wèn)題，都使得其表面加工精度控制困難。
　　目前，復(fù)雜曲面加

2、工刀軸矢量規(guī)劃在幾何學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)范疇內(nèi)取得了較多的成果，較少考慮加工過(guò)程切削力、機(jī)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(duì)多葉片轉(zhuǎn)子類復(fù)雜零件加工精度控制，研究了五軸銑削加工過(guò)程的切削力、機(jī)床加工系統(tǒng)剛度和各運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)子上的加工應(yīng)用。
　　提出了基于機(jī)械模型的圓弧銑刀五軸加工切削力預(yù)測(cè)模型。通過(guò)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(jìn)給和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)給的未變形切屑厚度模型，給出通過(guò)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(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的有效性。
　　提出了考慮整個(gè)加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈的機(jī)床末端靜剛度模型。將加工系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈分為刀具子系統(tǒng)與刀柄-主軸-運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度等效懸臂梁。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)檢測(cè)相結(jié)合的半解析方

4、法建立加工系統(tǒng)三維靜剛度模型，并應(yīng)用力橢球理論分析了變長(zhǎng)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(guò)理論計(jì)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(yàn)證刀具偏離量模型計(jì)算結(jié)果的有效性，設(shè)計(jì)了刀具偏離量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)方案，并分析和補(bǔ)償了刀具偏離量測(cè)量耦合誤差與測(cè)點(diǎn)誤差，結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)測(cè)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?jī)?yōu)化方法。分別針對(duì)葉片轉(zhuǎn)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?jī)?yōu)化模型，設(shè)計(jì)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(zhuǎn)子縮比件上進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
　　提出了考慮機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)映射和相鄰刀路刀軸矢量變化的整體光順度量指標(biāo)。建立了五軸機(jī)床軸空間與刀具空間的通用運(yùn)動(dòng)學(xué)映射關(guān)系，針對(duì)具體結(jié)構(gòu)機(jī)床配置建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并求解。在十葉片轉(zhuǎn)子上進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果