球頭銑刀銑削淬硬鋼模具銑削力及模具加工誤差研究.pdf

1、隨著高速切削技術(shù)和硬切削技術(shù)的發(fā)展，具有高硬度、高韌性和高耐磨性的淬硬鋼模具加工實(shí)現(xiàn)了以銑代磨，并以高精度和高效率的優(yōu)勢(shì)迅速成為汽車覆蓋件模具加工的主要工藝方法。由于汽車覆蓋件模具具有結(jié)構(gòu)尺寸大、工作形面復(fù)雜、曲率變化頻繁、表面質(zhì)量和加工精度要求高等特點(diǎn)，使模具制造企業(yè)對(duì)自由曲面模具切削過(guò)程的控制及加工精度的保證面臨很大的挑戰(zhàn)。在自由曲面淬硬鋼模具三軸球頭銑削過(guò)程中，切削力方向多變，工藝系統(tǒng)呈弱剛性，易引起切削過(guò)程穩(wěn)定性下降，加工表面質(zhì)

2、量和加工精度下降，刀具壽命降低等問(wèn)題。因此，研究自由曲面淬硬鋼模具球頭銑削過(guò)程的切削力、刀具變形、銑削穩(wěn)定性、加工誤差和補(bǔ)償，以滿足自由形面、高硬度、大尺寸模具的高精度高效率的生產(chǎn)需求，對(duì)推動(dòng)汽車淬硬鋼模具制造技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)高品質(zhì)自由形面模具加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　球頭銑削自由曲面淬硬鋼模具時(shí)，曲面曲率特征和加工傾角多變使瞬態(tài)切削力處于不穩(wěn)定狀態(tài)，多變載荷引起刀具變形和切削穩(wěn)定性下降，同時(shí)，造成自由曲面的加工

3、形貌和加工精度難以達(dá)到要求。本文針對(duì)自由曲面淬硬鋼模具的球頭銑削過(guò)程中存在的上述問(wèn)題，進(jìn)行球頭銑刀銑削淬硬鋼模具銑削力及模具加工誤差研究，主要內(nèi)容包括:
　　針對(duì)曲面加工中前傾角、側(cè)偏角、行距方向曲率和進(jìn)給方向曲率引起銑削力方向和大小變化的問(wèn)題，首先表征自由曲面曲率特征及加工傾角，根據(jù)球頭銑刀切削刃幾何形狀，建立銑削過(guò)程中刀齒實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡的三維擺線模型;基于三維擺線模型，考慮曲面加工前傾角、側(cè)偏角、行距方向曲率和進(jìn)給方向曲率，修正

4、未變形切屑厚度模型，研究工件曲率和加工傾角對(duì)未變形切屑厚度的影響規(guī)律。建立考慮加工傾角和工件曲率的自由曲面瞬態(tài)銑削力模型，分析加工傾角和工件曲率對(duì)瞬態(tài)銑削力的影響規(guī)律。提出自由曲面瞬態(tài)銑削力預(yù)測(cè)方法，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為刀具偏擺分析和動(dòng)力學(xué)建模提供依據(jù)。
　　基于自由曲面瞬態(tài)銑削力變化規(guī)律，采用有限元法分析球頭刀偏擺，獲得切削區(qū)部分切削刃變形分布規(guī)律;基于刀齒三維擺線運(yùn)動(dòng)軌跡，建立考慮切削刃不同位置變形的未變形切屑厚度模型，研究切削

5、刃變形對(duì)未變形切屑厚度的影響規(guī)律。分析切削刃變形對(duì)刀工接觸區(qū)域的影響規(guī)律，建立考慮切削區(qū)變形的自由曲面銑削力預(yù)測(cè)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為加工誤差提供理論依據(jù)。
　　自由曲面球頭銑削的未變形切削厚度沿切削刃不斷變化，基于刀齒三維擺線軌跡模型，描述相鄰刀齒在三維刀工接觸區(qū)前后表面形成的一對(duì)切屑厚度控制點(diǎn)。分析相鄰兩個(gè)刀齒分別經(jīng)過(guò)刀工接觸區(qū)前后表面控制點(diǎn)的時(shí)滯時(shí)間，建立變時(shí)滯時(shí)間的未變形切屑厚度模型。分析工件曲率及加工傾角對(duì)銑削時(shí)滯及再

6、生作用下的動(dòng)態(tài)切屑厚度的影響規(guī)律，建立自由曲面銑削動(dòng)力學(xué)方程。采用全離散和數(shù)值解法相結(jié)合辦法分析小徑向切深的球頭銑削變時(shí)滯動(dòng)力學(xué)特性，預(yù)測(cè)自由曲面銑削穩(wěn)定域，分析加工傾角和曲率半徑對(duì)銑削穩(wěn)定域的影響規(guī)律。
　　自由曲面的加工中通常存在編程誤差和加工誤差，對(duì)球頭銑刀銑削淬硬鋼模具時(shí)的讓刀誤差、殘留高度和插補(bǔ)誤差進(jìn)行分析，揭示自由曲面誤差分布特性。通過(guò)銑削自由曲面淬硬鋼模具讓刀誤差實(shí)驗(yàn)和加工表面形貌實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證讓刀誤差及殘留高度預(yù)測(cè)