薄壳件高性能数控加工关键技术研究

论文摘要

随着薄壳件在现代军事领域的广泛应用,薄壳件的高性能数控加工已成为制造业急需解决的一个问题,由于其结构复杂、材料去除率高、薄壁部位多,对加工精度要求高,不但要保证表面的尺寸精度及表面粗糙度、各孔系的尺寸、位置精度及孔与平面的位置精度,更要保证表面的平面度、相互位置精度,然而其相对刚度较低,在数控加工过程中,常出现弯曲、扭曲或弯扭组合等变形,加工精度难以达到设计要求,同时加工效率很难提高,这极大的影响了企业的经济效益,研究薄壳件高性能数控加工关键技术对现代制造业的发展具有积极的意义。本文首先阐述了课题的研究背景,介绍了影响薄壳件加工质量与效率的主要因素,总结了国内外在装夹方案设计与残余应力方面的研究现状,在此基础上说明了本文的研究目的、意义与主要工作。依据定位、装夹理论,并结合薄壳件的结构特点,设计了薄壳件的定位、装夹方案。应用最优化理论,对装夹方案中的决策变量、状态变量及目标函数进行了设计,建立了薄壳件装夹方案优化的数学模型,并采用有限元法,对薄壳件的各种装夹方案进行分析并选优,得到了控制薄壳件装夹变形的最优方法,为薄壳件高性能数控加工奠定了基础。基于薄壳件变形最小理论,为薄壳件配置了专用夹具,利用有限元法分析了此专用夹具对工件变形的控制作用,并分析了夹具的变形规律,为进一步控制工件装夹变形提供了有益理论。根据剥层法理论对薄壳件板材的初始残余应力进行了测试与分析,得到了板材的应力分布规律,并结合优化后的走刀路径,拟定了薄壳件的加工工艺,基于最优化理论,设计了薄壳件的加工参数优化变量,建立了加工参数优化的数学模型,使用遗传算法对模型进行优化求解,得到最优的加工参数组合,对专用夹具进行优化改进,实现工件的快速装夹定位,应用自动编程软件实现零件的高效编程,基于上述方面研究了薄壳件的数控增效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 装夹方案设计的研究
• 1.2.2 残余应力的研究
• 1.3 论文研究目的与主要研究内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 薄壳件装夹变形分析
• 2.1 薄壳件装夹方案设计
• 2.1.1 薄壳件定位方案设计
• 2.1.2 薄壳件夹紧方案设计
• 2.2 薄壳件装夹变形概述
• 2.3 装夹方案优化方法研究
• 2.3.1 最优化理论
• 2.3.2 优化变量设计
• 2.3.3 装夹方案优化的数学模型
• 2.3.4 装夹方案的优化流程
• 2.3.5 有限元方法分析过程
• 2.3.6 ANSYS 的分析步骤
• 2.4 装夹方案优化分析
• 2.4.1 有限元模型的建立
• 2.4.2 集中载荷作用分析
• 2.4.3 均布载荷作用分析
• 2.4.4 垫铁装夹位置优化
• 2.4.5 有限元变形仿真
• 2.5 本章小结
• 第三章 薄壳件变形控制研究
• 3.1 薄壳件专用夹具设计
• 3.2 实验研究不同装夹方式下产生的加工误差
• 3.3 薄壳件的装夹变形控制及规律研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 薄壳件的数控增效工艺研究
• 4.1 毛坯初始残余应力对零件变形的影响分析
• 4.2 薄壳件加工工艺设计
• 4.2.1 走刀路径优化
• 4.2.2 工艺路线拟定
• 4.3 薄壳件的数控增效方法研究
• 4.3.1 加工参数优化
• 4.3.2 工件快速定位
• 4.3.3 高效切削刀具
• 4.3.4 高效编程及数控仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 实例分析
• 5.1 加工仿真
• 5.1.1 UG CAM 功能简介
• 5.1.2 UG CAM 数控加工仿真
• 5.2 实验验证
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢