数控铣削加工物理建模与仿真

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,社会对产品多样化的要求日益强烈,数控加工仿真技术成为制造业不可缺少的重要内容。而数控铣削加工物理仿真涉及多方面的基础和理论、实验的研究,是数控加工仿真技术进一步发展和应用必须突破的难点。在研究数控铣削加工物理建模仿真的方面,对提高数控加工效率和质量具有重要现实意义。本文是从物理仿真建模入手,以铣削为研究对象,建立了铣削加工的铣削力模型、表面粗糙度模型和加工精度模型。以球头铣刀为研究对象,在分析微元切削力与瞬时切削厚度和刀刃微元切削宽度关系的基础上,建立了满足任意进给方向的球头铣刀铣削力模型,提出了基于主成分回归分析铣削力系数识别方法,建立了铣削力系数模型。在分析了影响表面粗糙度因素的基础上,采用多元回归分析建立表面粗糙度预测模型。经显著性检验,验证了该模型的预测精度高,泛化能力强,有助于准确认识已加工表面质量随铣削参数的变化规律,为切削参数的优选和表面质量的控制提供了依据。在考虑刀具受力变形、刀具受热变形、工件受热变形和刀具磨损对加工精度的影响的基础上,并对各影响因素在误差敏感方向上进行矢量迭加,最终建立预测加工误差的数学模型。进行铣削加工实验,求解并验证铣削力模型和表面粗糙度模型的合理性。最后,开发了基于混合模型的数控铣削加工物理仿真软件,并介绍了该软件的主要功能及界面,验证了该软件是正确可靠的。本文坚持理论研究与实验研究的紧密结合,不仅建立了理论模型,而且进行了大量的数控加工实验,验证了模型的准确可信,为合理的选择切削参数和预知加工质量提供了依据,降低了加工成本,提高了生产效率和加工精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 数控加工仿真技术综述
• 1.1.1 数控加工仿真技术的发展概况
• 1.1.2 数控加工物理仿真国内外的研究现状
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 课题来源与研究内容
• 第2章 球头铣削力模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 球头铣刀几何模型的建立
• 2.3 球头铣削力建模
• 2.3.1 工件和刀具坐标系定义
• 2.3.2 建立刀具进给方向
• 2.3.3 微元铣削力建模
• 2.3.4 瞬时未变形铣削厚度建模
• 2.3.5 瞬时铣削力建模
• 2.4 铣削力系数识别
• 2.4.1 基于主成分方法检测多重共线性
• 2.4.2 主成分系数的回归估计
• 2.5 本章小结
• 第3章 表面粗糙度预测模型的建立
• 3.1 表面粗糙度的综述
• 3.1.1 表面粗糙度对零件工作性能的影响
• 3.1.2 表面粗糙度轮廓的评定参数
• 3.2 影响表面粗糙度的因素分析
• 3.2.1 刀具倾斜角度对表面粗糙度的影响
• 3.2.2 残留高度和走刀行距对表面粗糙度的影响
• 3.3 基于多元回归分析建立表面粗糙度预测模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 数控铣削加工精度模型的建立
• 4.1 加工精度的基本概念
• 4.2 影响加工误差的因素分析
• 4.3 刀具受力变形引起的加工误差模型的建立
• 4.4 刀具受热变形引起的加工误差模型的建立
• 4.5 刀具磨损引起的加工误差模型的建立
• 4.6 工件受热变形引起的加工误差模型的建立
• 4.7 铣削加工系统误差模型
• 4.8 本章小结
• 第5章 铣削加工物理模型的试验验证
• 5.1 铣削力模型试验验证
• 5.1.1 试验设备
• 5.1.2 球头铣削力验证的试验方案
• 5.1.3 球头铣削力试验结果与仿真对比
• 5.2 表面粗糙度预测模型的试验验证
• 5.2.1 表面粗糙度预测模型的求解
• 5.2.2 回归方程的显著性检验
• 5.2.3 回归系数的显著性检验
• 5.3 本章小结
• 第6章 数控铣削加工物理仿真软件开发与实现
• 6.1 软件的基本框架
• 6.2 Visual C++与 MATLAB 混合编程的实现
• 6.3 软件的运行实例
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢