復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削失穩(wěn)特性研究.pdf

1、復雜曲面變厚度薄壁件因其具有質量輕、比強度高等優(yōu)點，已被廣泛應用于航空航天、汽車、模具、能源等眾多高端領域。復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削加工過程中顫振現(xiàn)象較為嚴重，是實現(xiàn)高速、高效和高精度加工的主要限制條件。本文圍繞復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削失穩(wěn)模型，借助于理論分析和實驗研究等手段，以保證加工質量的前提下提高加工效率為目標，對復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削加工過程中的刀具-工件接觸區(qū)、切削力、時變特性和穩(wěn)定性進行了系統(tǒng)、深入地研究。

2、r>　　建立了多軸銑削刀具-工件接觸區(qū)提取模型，提出了基于實體-解析的多軸銑削刀具-工件接觸區(qū)提取新方法。在所建立的模型中，為了精確地描述多軸銑削加工過程中刀具的運動，引進了三個坐標系，分別為:全局坐標系GCS、加工坐標系FCN和刀具坐標系TCS，并推導了各個坐標系之間的坐標變換關系。所提出的刀具-工件接觸區(qū)提取方法將實體法和解析法相結合，因此在進行刀具-工件接觸區(qū)提取的時候，無需構建刀具掃掠體、無需更新加工中的工件，速度快、效率高。<

3、br>　　通過對現(xiàn)有銑削刀具形狀的觀察，提出了銑削加工過程中通用刀具的一般形式，推導了通用刀具幾何參數(shù)的一般表達式，并建立了多軸銑削加工過程中通用刀具的切削力計算模型。通過定義刀具的截面曲線形狀來定義通用刀具，所定義的截面是由一系列的直線和圓弧組成，現(xiàn)有的大部分刀具的截面都可分解為直線和圓弧的組合。通過實驗研究驗證了所建立的通用刀具切削力計算模型的準確性。此外，根據(jù)所建立的切削力計算模型，預測了葉輪在加工過程中不同部位的切削力，對于優(yōu)選

4、加工參數(shù)，避免過大切削力所引起的加工誤差具有重要的意義。
　　考慮了材料去除和加工位置對復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，建立了時變參數(shù)系統(tǒng)模型。將材料的去除過程認為是結構的修改過程，將整個加工過程沿刀具路徑離散為有限個單元，切削加工過程認為是離散單元一個個去除掉的過程。通過模態(tài)實驗或有限法獲得加工前后離散單元中點位置處工件的動態(tài)特性，然后應用Sherman-Morrison-Woodbury公式預測加工過程中，隨著

5、材料的去除工件動態(tài)特性的變化規(guī)律。通過實驗驗證了所提出的應用Sherman-Morrison-Woodbury公式獲得工件加工過程中動態(tài)特性方法的準確性，并對葉片頂部粗加工過程中工件動態(tài)特性變化規(guī)律進行了預測，對后期的穩(wěn)定性分析具有重要意義。
　　建立了復雜曲面變厚度薄壁件多軸銑削穩(wěn)定性模型，該模型的控制方程為一時變參數(shù)延遲微分方程。應用半離散法對該方程的延遲項進行了近似，將原方程轉化為一系列的常微分方程。通過求解所獲得的常微分方

6、程，獲得了Floquet變換矩陣，通過該矩陣的特征乘子的值即可判定時變參數(shù)延遲微分方程的穩(wěn)定性極限。為了驗證用半離散獲得的穩(wěn)定性極限圖的準確性，進行了實驗研究。實驗過程中將不同工況下工件加工完表面與穩(wěn)定性極限圖作對比，查看二者穩(wěn)定性是否吻合，通過比較觀察發(fā)現(xiàn)兩者吻合較好。也就是說，可以用半離散法獲得銑削加工穩(wěn)定性極限圖，優(yōu)選加工參數(shù)，避免加工過程中顫振的發(fā)生，提高加工精度和效率。
　　本課題得到國家自然科學基金項目(no.5157