铝合金薄壁件高速加工变形误差预测技术的研究

论文摘要

薄壁结构零件由于具有重量轻、整体性能优越等特性在航空航天工业中得到了广泛应用。但是由于其刚度较差,切削加工中在切削力的作用下,易产生加工变形,造成壁厚上厚、下薄、尺寸超差现象,难以保证其加工精度。因此,实现薄壁件加工变形的预测和控制具有重大的理论意义和工程应用价值。随高速切削技术的发展,其优越性越来越明显。由于高速加工具有的特别适合加工薄壁整体结构件的小切削力、小残余应力、加工质量和效率高等优点,应用高速加工技术控制薄壁件加工变形已成为一种非常有效的方法。基于上述背景,本文做了如下研究:从金属切削原理入手,基于铝合金材料YL12的机械加工性能,分析了薄壁件加工变形机理。通过四因素回归正交试验法建立了铣削力模型,并根据铣削力特征建立了数控加工铣削力力学数值计算模型。研究了典型薄壁框体铣削加工中的变形问题。通过建立有限元变形分析模型,结合铣削加工实验,获得了典型框体薄壁件加工变形的基本规律,得到一些具有指导意义的结论,为提高生产率和进一步研究控制薄壁件加工变形提供了依据。最后基于上述研究结果,本文对于铝合金的加工提出了合理的切削参数选择方法;对于铝合金的加工,本文以切削力和表面加工质量为约束,以最大的生产率和最低生产成本为优化目标,对切削参数进行了综合优化,令使用者可以根据实际需要选择不同的切削参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题的背景
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 薄壁零件加工误差的来源
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外的研究成果
• 1.2.2 国内的研究成果
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 铝合金高速铣削力模型的建立
• 2.1 切削力
• 2.1.1 切削力的来源
• 2.1.2 铣削力的分解
• 2.1.3 切削力的影响因素
• 2.2 铣削力模型的选择
• 2.3 建立铣削力模型的试验条件
• 2.3.1 测力系统
• 2.3.2 试验用材料及切削工件
• 2.3.3 试验用机床及刀具
• 2.4 铣削力模型的试验研究
• 2.4.1 切削力随主轴转速的变化规律试验
• 2.4.2 切削力随进给速度的变化规律试验
• 2.4.3 切削力随径向切深的变化规律试验
• 2.4.4 切削力随轴向切深的变化规律试验
• 2.4.5 切削力与四个参数的正交实验
• 2.5 本章小结
• 第3章 薄壁零件加工变形的预测分析
• 3.1 薄壁框体零件加工误差的产生原因
• 3.2 有限元基本原理
• 3.2.1 有限元方法简介
• 3.2.2 有限元计算步骤
• 3.3 薄壁件加工变形的有限元分析
• 3.3.1 限元分析模型的建立
• 3.3.2 不同载荷引起的变形分析
• 3.3.3 三方向变形对比
• 3.3.4 框体不同高度变形分析
• 3.3.5 不同框体壁厚的变形情况分析
• 3.4 薄壁件铣削变形实验
• 3.4.1 实验方案
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 高速铣削加工参数优化
• 4.1 遗传算法介绍
• 4.2 开发工具
• 4.3 铣削参数数学模型
• 4.3.1 优化变量
• 4.3.2 优化目标函数
• 4.3.3 约束条件
• 4.4 算法实现过程
• 4.4.1 编码方法
• 4.4.2 适应度函数
• 4.4.3 遗传算法的求解过程
• 4.4.4 用罚函数法实现约束
• 4.5 高速铣削参数优化软件
• 4.5.1 高速铣削参数优化软件优化有效性验证实例
• 4.5.2 高速铣削参数优化软件优化实例
• 4.5.3 高速铣削参数优化软件的局限性分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢