碳纤维复合材料回转壳体数控加工技术研究

论文摘要

碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点,已广泛用于航空、航天、汽车等领域。除了一次整体成型的单纯产品外,形状复杂的零部件成型后不可避免的要进行大量二次机械加工。但是碳纤维复合材料是由质软而粘性大的基体和强度高、硬度大的纤维混合而成的二相或多相结构,其力学性能呈各向异性,机械加工条件比较恶劣,是典型的难加工材料。本文以某碳纤维复合材料回转壳体作为研究对象,对碳纤维复合材料壳体数控加工进行了探索性研究,主要研究内容和成果如下:(1)提出“以磨代铣”工艺,通过试切削加工进行了刀具、切削工艺的研究,在切割试验经验基础上改进了工艺,形成了“浅切深大进给多层切削”新工艺,研究成果通过生产现场数控加工应用,得到了验证。(2)根据回转壳体特点选用GM1000碳纤维复合材料回转构件数控钻磨机床作为加工设备,完成了回转壳体数控加工刀具设计,加工工艺规划,及用于构件定位的找正组件的设计。(3)通过UG软件进行了三维模型建立与加工轨迹生成,构建了用于GM1000机床的后置处理器,并生成了可在GM1000机床上进行回转壳体数控加工的NC程序,通过空间速度几何分析进行了NC程序的速度修正。(4)通过VERICUT软件完成了GM1000虚拟机床的构建,并在此基础上对回转壳体NC程序进行了虚拟切削验证。(5)结合生产科研需求,在GM1000机床上对生成的NC程序进行了试件的实际切削验证,完成了碳纤维复合材料回转壳体样件的数控加工。结果表明:所研究的“浅切深大进给多层切削”新工艺及其加工工艺规程能够满足碳纤维复合材料回转壳体数控加工的需求;通过UG可以高效准确的实现回转壳体数控加工程序的编制;通过VEIRCUT来实现NC程序虚拟切削可以有效减少因NC程序错误带来的损失。本文的研究成果将为碳纤维复合材料构件数控加工提供切实可行的经验与工艺积累。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碳纤维复合材料特点及应用
• 1.1.1 碳纤维复合材料的特点
• 1.1.2 碳纤维复合材料的应用
• 1.2 碳纤维复合材料的切削研究
• 1.2.1 碳纤维复合材料切削加工特点
• 1.2.2 碳纤维复合材料切削机理研究现状
• 1.2.3 碳纤维复合材料切削加工工艺研究现状
• 1.2.4 碳纤维复合材料加工设备研究现状
• 1.3 选题意义与论文的主要工作
• 1.3.1 选题的意义
• 1.3.2 论文的主要工作
• 2 碳纤维复合材料回转壳体数控加工工艺研究
• 2.1 碳纤维复合材料壳体加工工艺
• 2.1.1 孔加工
• 2.1.2 特殊轨迹切割加工
• 2.1.3 盲槽加工
• 2.1.4 打磨加工
• 2.2 碳纤维复合材料壳体数控加工工艺研究
• 2.2.1 现有工艺引入数控加工可行性分析
• 2.2.2 切割试验
• 2.2.3 “浅切深大进给多层切削”加工工艺研究
• 2.2.4 “浅切深大进给多层切削”加工工艺的应用
• 2.2.5 打磨加工
• 2.3 本章小结
• 3 某碳纤维复合材料回转壳体数控加工工艺规划
• 3.1 GM1000回转类碳纤维复合材料构件高速数控钻磨机床
• 3.2 找正组件设计
• 3.3 工艺规划
• 3.3.1 工艺规划原则
• 3.3.2 回转壳体数控加工规划
• 3.3.3 加工工序规程
• 3.4 本章小结
• 4 碳纤维复合材料回转壳体数控程序编制
• 4.1 数控加工简介与软件选用
• 4.2 回转壳体数控程序编制
• 4.2.1 基于UG的自动编程流程
• 4.2.2 三维模型建立
• 4.2.3 刀位轨迹生成
• 4.3 后置处理
• 4.4 进给速度修正
• 4.5 本章小节
• 5 NC程序切削验证
• 5.1 基于VERICUT的虚拟切削验证
• 5.1.1 VERICUT简介
• 5.1.2 GM1000机床结构模型构建
• 5.1.3 GM1000机床控制系统文件构建
• 5.1.4 GM1000机床相关环境设定
• 5.1.5 对NC程序进行虚拟加工验证
• 5.2 实际切削验证
• 5.2.1 切削验证
• 5.2.2 切削加工效果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 某碳纤维复合材料回转壳体构件数控加工工序
• 附录B VERICUT下虚拟切削过程
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢