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正文內(nèi)容

薄壁葉片精密數(shù)控加工變形分析與控制技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

2024-10-01 20:35 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工后絕大部分存在不同程度或彎或扭或彎扭組合的變形,其變形產(chǎn)生的機(jī)理目前仍未完全掌握,變形抑制、變形消除的理論和實(shí)驗(yàn)研究等方面仍有許多工作亟待進(jìn)行。目前對(duì)待變 形零件的校正手段主要停留在憑經(jīng)驗(yàn)錘擊敲打的“野蠻校形”水平。這種狀態(tài)根本無(wú)法滿足產(chǎn)品批量生產(chǎn)的要求;而且對(duì)于變形較大零件,無(wú)法校正或校正破壞零件的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因而如果對(duì)薄壁零件的變形規(guī)律認(rèn)識(shí)不清,就不能有效地控制其加工精度。可見(jiàn),加工變形的預(yù)測(cè)和控制成了薄壁結(jié)構(gòu)零件加工的關(guān)鍵。 8 由于葉片是一種典型的薄壁零件。因此,本文以鈦合金葉片銑削加工變形作為主要研究對(duì)象,借助 UG 建模、有限元分析等手段進(jìn)行研究與探討。開(kāi)展該方面的前瞻性應(yīng)用基礎(chǔ)研究,對(duì)工藝設(shè)計(jì)和切削參數(shù)選擇具有一定指導(dǎo)意義。不僅能夠保證葉片的精度、提高 加工質(zhì)量及提升加工效率。具有理論和實(shí)踐指導(dǎo)的雙重意義。 葉片結(jié)構(gòu)如圖 研究現(xiàn)狀綜述 切削力是切削加工中的一個(gè)非常重要的物理現(xiàn)象,是影響切削加工過(guò)程的重要因素之一。同時(shí),它是薄壁零件加工變形、表面誤差以及誤差補(bǔ)償?shù)确矫嫜芯? 的基礎(chǔ),許多科學(xué)家利用多種手段研究了切削力的產(chǎn)生以及切削力的預(yù)報(bào)。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),人們開(kāi)始 9 嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)來(lái)獲得薄壁零件的加工變形規(guī)律,即有限元法。在有限元分析模型中,將銑削力作為動(dòng)態(tài)邊界載荷,以一定的方式加載在零件的物理模型上,通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法獲得研究對(duì)象的變形 量。通過(guò)獲得的數(shù)據(jù),再利用誤差補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償以優(yōu)化刀軌,能有效地保證零件的加工質(zhì)量,提高加工效率,大大減少了實(shí)驗(yàn)工作量。 下面就切削力模型、加工變形的預(yù)測(cè)、誤差控制以及刀軌優(yōu)化相關(guān)問(wèn)題的研 究現(xiàn)狀進(jìn)行扼要敘述。 切削力研究 對(duì)切削力的精確建模是預(yù)報(bào)切削力、顫振、表面質(zhì)量以及加工過(guò)程穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。但由于切削過(guò)程的復(fù)雜性,至今還未建立與實(shí)驗(yàn)結(jié)果足夠吻合的理論公式, 在生產(chǎn)實(shí)踐中常采用由試驗(yàn)得出的經(jīng)驗(yàn)公式。經(jīng)驗(yàn)公式法以大量試驗(yàn)為依據(jù),且受到實(shí)驗(yàn)條件和特定加工的限制,沒(méi)有太大的外推價(jià)值。因 此,如何建立準(zhǔn)確、 有效的切削力模型顯得尤為重要。在切削力的建模方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者都進(jìn)行了廣泛的研究,大致包括以下幾種。 解析法 解析法基于 20 世紀(jì) 40 年代 Merchant 發(fā)表的剪切 10 面理論,應(yīng)用剪切滑移理論,重點(diǎn)研究切削過(guò)程中的切削力及切削振動(dòng)等相關(guān)問(wèn)題。解析法對(duì)切削過(guò)程中 出現(xiàn)的力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了模擬,由于受高應(yīng)變率、高溫度梯度、彈塑性變形等復(fù)雜力學(xué)現(xiàn)象的影響,解析法不能準(zhǔn)確描述出切削過(guò)程中前、后刀面上的力學(xué)關(guān)系。 但隨著切屑變形的塑性理論力學(xué)和位錯(cuò)理論的發(fā)展,使切屑變形的宏觀幾何規(guī)律 和微觀變形機(jī)理的研究推進(jìn)了一大步。 對(duì)于切削力的研究,離不開(kāi)兩個(gè)基本的理論:最小能量理論和滑移線場(chǎng)理論,其他許多研究都以此為基礎(chǔ)。最小能量理論是 Merchant 提出的,即金屬切削時(shí)剪切平面位于剪切能量最小的位置,應(yīng)用這一學(xué)說(shuō),建立了一個(gè)用以確定剪切角的數(shù)學(xué)模型。 1951 年,Lee 和 Shaffer 在被加工材料是理想塑性材料的假設(shè)下,采用滑移線場(chǎng)理論對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行了分析研究,建立了滑移線切削理論。 Oxley 應(yīng)用平面應(yīng)變塑性理論,提出了主剪切面的滑移線場(chǎng)理論,考慮了 Merchant 模型所忽略的 應(yīng)變、應(yīng)變率以及溫度對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的影響。 按照切削方式的不同,切削加工可分為自由切削和非自由切削,以及正交切削和斜角切削,其中正交切削是最簡(jiǎn)單的切削模型。因此,很多研究都是以正 11 交切削為切入點(diǎn),來(lái)尋找切削過(guò)程的變形基本規(guī)律 。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,切削模型的解析精度不斷提高,模型計(jì)算結(jié)果逐步與實(shí)際切削過(guò)程相接近,許多研究人員開(kāi)始著重研究斜角切削方式。 經(jīng)驗(yàn)法 經(jīng)驗(yàn)方法的特點(diǎn)是把切削加工中不易模型化的影響因素用系數(shù)和指數(shù)的形式來(lái)表征,如刀具前角的影響、刀具和工件材料的影響等,并且通 過(guò)切削試驗(yàn)由測(cè)力儀測(cè)得切削力后,根據(jù)所得數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理,建立回歸方程,即可得到這些系數(shù)和指數(shù)。一般來(lái)說(shuō),模型中的系數(shù)和指數(shù)越多,要求的試驗(yàn)量就 越大,模型也就越準(zhǔn)確,應(yīng)用的范圍就越小。要獲得準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果,往往需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)來(lái)支持。 力學(xué)法 力學(xué)建模方法是以切削過(guò)程的力學(xué)研究為基礎(chǔ),考慮到切削過(guò)程是涉及多輸入多輸出的綜合系統(tǒng),建立用于多種切削條件的綜合切削模型,以揭示切削過(guò)程,預(yù)測(cè)有效輸出參數(shù)和表達(dá)系統(tǒng)輸入輸出間的關(guān)系。力學(xué)法綜合運(yùn)用解析法和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,使用經(jīng)驗(yàn)切削力數(shù)據(jù)而避免出 現(xiàn)剪切角、動(dòng)態(tài)應(yīng)力、摩擦角等復(fù)雜參數(shù)。一方面可以揭示切削過(guò)程中各參數(shù)的變形規(guī)律, 12 另一方面不需要大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定實(shí)驗(yàn)參數(shù),目前已成
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