复杂薄壁结构件铣削加工变形有限元模拟及装夹布局优选

论文摘要

汽车主模型检具（Cubing）是用铝合金根据三维数模以1：1的比例通过铣削加工制成的模型，在新车型前期研发和后期质量控制中发挥着极为重要的作用。它既要匹配整车，又要匹配零件，因而制造精度要求非常高。主模型中许多零件属于铝合金复杂薄壁结构件，由于刚性差，在铣削加工过程中容易发生加工变形，导致加工误差；实际加工时，为增加系统刚度，控制加工变形，工程师凭据经验密集地布置工艺辅助支承，因而工件装夹须占用大量时间和精力。本文针对汽车主模型检具复杂薄壁结构件在铣削加工过程中存在的加工变形较大和装夹时间较长等问题进行了系统研究，为铣削力的计算、加工变形预测和装夹布局优选提供了理论依据。主要研究内容如下：1、通过铣削力测量实验得出常用铣削参数组合对应的铣削力数值，并采用四因素四水平正交试验法设计试验方案，运用正交回归分析方法建立球头铣刀铣削力经验公式，同时介绍了通过铣削过程物理仿真有限元模型预测铣削力的方法。2、以铝合金简单薄壁件为例，对铣削过程中的工件加工变形作了研究，提出使用有限元模拟作为分析和计算加工变形的方法。建立了薄壁件加工变形预测有限元模型，探讨了网格划分方式、铣削力载荷施加、材料切屑去除等关键问题，运用商业有限元软件MSC.Marc对有限元模型进行求解，并通过非接触式电涡流位移传感器测量加工变形的实验对有限元模拟结果作了验证。在此基础上，运用有限元模拟及加工变形测量实验研究了铣削参数变化对加工变形的影响，为铣削参数的选用提供了依据。3、运用有限元分析方法预测了汽车主模型检具复杂薄壁结构件铣削加工变形，探讨了工件装夹的约束条件，以汽车主模型零件之引擎盖为例，基于加工变形的控制，从夹紧位置优选和辅助支承位置优选两方面对复杂薄壁结构件装夹布局优选问题进行研究，在把加工变形控制在允许范围内的基础上，减少了辅助支承数目，缩短了零件加工周期，同时使得加工变形分布更加均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状及趋势
• 1.2.1 铣削加工数值模拟技术的研究
• 1.2.2 加工让刀变形误差预测及控制的研究
• 1.2.3 薄壁件装夹布局优选技术研究
• 1.3 国内外铝合金薄壁结构件制造现状
• 1.3.1 航空薄壁结构件制造现状
• 1.3.2 汽车主模型薄壁结构件制造现状
• 1.4 论文研究的目标、意义、内容和总体框架
• 1.4.1 论文研究的目标和意义
• 1.4.2 论文研究的内容
• 1.4.3 论文的总体框架
• 第二章 铝合金数控加工铣削力研究
• 2.1 引言
• 2.2 铣削加工及铣削力
• 2.2.1 铣削加工及其特点
• 2.2.2 铣削力
• 2.3 铣削力测量实验
• 2.3.1 实验方法与原理
• 2.3.2 铣削力实验条件
• 2.3.3 实验结果与分析
• 2.4 基于有限元物理仿真的铣削力预测
• 2.5 铣削力经验公式研究
• 2.6 本章小结
• 第三章 薄壁结构件加工变形有限元预测及实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 铣削加工有限元数值仿真
• 3.2.1 薄壁件加工变形的研究方法
• 3.2.2 薄壁件有限元模型的建立
• 3.2.3 有限元模型计算及结果讨论
• 3.3 薄壁件铣削加工实验验证
• 3.3.1 实验原理与测试系统
• 3.3.2 实验方案
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.4 铣削参数变化对加工变形的影响
• 3.4.1 薄壁工件加工实验
• 3.4.2 铣削参数变化有限元模拟
• 3.4.3 结果分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 汽车主模型复杂薄壁结构件装夹布局优选
• 4.1 引言
• 4.2 装夹的约束要求
• 4.2.1 装夹的概述
• 4.2.2 平衡约束
• 4.2.3 稳定性约束
• 4.2.4 夹紧力约束
• 4.2.5 3-2-1 定位准则
• 4.3 汽车主模型复杂薄壁结构件加工变形有限元预测
• 4.3.1 复杂薄壁结构件有限元模型的建立
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 基于加工变形控制的夹紧位置优选
• 4.4.1 夹紧位置优选原理
• 4.4.2 有限元模型的建立
• 4.4.3 模拟与分析
• 4.5 基于加工变形控制的辅助支承布局优选
• 4.5.1 辅助支承在薄壁工件装夹中的应用
• 4.5.2 辅助支承布局优选原理
• 4.5.3 有限元模型的建立
• 4.5.4 模拟与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已完成的论文及专利