数控立铣加工仿真与优化

论文摘要

随着科学技术的飞速发展,特别是在模具的生产中,多品种、中小批量产品生产的比重明显增加。各领域对其随需装备在性能、质量、成本、周期等方面要求不断提高,其结构件以及重要零部件的结构呈现出大型化、复杂化、薄壁化和精密化的发展趋势,并且越来越多地采用整体毛坯经过数控切削加工而成,大力提高零部件数控切削加工效率,是实现上述目标的关键。传统的零件数控加工中一般都依靠经验选择比较保守的、恒定的进给速度,这样虽然有利于机床加工的稳定性和产品表面粗糙度的保证,但在要求不严格的粗加工中,选择这样保守的加工参数大大的降低了加工效率,增大了产品成本。本文针对在模具加工中经常用到的立铣刀以及圆刀片铣刀,进行了基于瞬时铣削力仿真的进给速度优化研究。首先设计了数控加工仿真系统。该系统读取分析后处理产生的NC代码,计算加工过程中刀具经过的空间坐标点,根据点的坐标绘制刀具轨迹,并把轨迹动态显示。同时可以检查NC代码的正确性,最后把程序传输到机床进行加工。在铣削几何仿真的基础上,建立了包括剪切力和刃口力的平头铣刀瞬时微元力模型和整体力模型。利用铣削试验的数据用最小二乘法计算得到模型中的各个铣削力系数。将几何仿真得到的几何参数代入铣削力模型,即可得到各个刀位点上的铣削力。以仿真得到的力为依据,针对各个刀位点不同的切削载荷,求出对应的进给速度,再将每段刀位点轨迹上的进给速度统一。最后将优化好的值反写到NC代码的相应位置上,优化完成。最后设计实例验证,试验结果表明,本文提出的方法在保证加工质量的前提下,有效的提高了粗铣的加工效率。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 数控切削仿真研究背景
• 1.1.1 虚拟仿真研究背景
• 1.1.2 数控切削仿真研究方法
• 1.2 铣削力建模研究
• 1.3 数控切削进给速度研究
• 1.4 课题研究意义
• 1.5 课题研究内容及论文结构
• 第2章 数控加工仿真系统的开发及应用
• 2.1 数控加工仿真系统（NCEDIT）简介
• 2.2 系统设计
• 2.2.1 界面的设计
• 2.2.2 NC代码的解释翻译
• 2.2.3 动态仿真的实现
• 2.2.4 通讯模块的实现
• 第3章 瞬时铣削力建模与仿真分析
• 3.1 铣削运动与铣削参数
• 3.1.1 铣削运动
• 3.1.2 铣削参数
• 3.2 平头立铣刀铣削力模型
• 3.2.1 微元力模型
• 3.2.2 整体铣削力模型
• 3.2.3 铣削力模型中铣削系数的计算
• 3.4 铣削实验
• 3.5 铣削力仿真与分析
• 3.5.1 铣削力经验公式的计算
• 3.5.2 铣削力系数回归计算
• 3.5.3 仿真系统开发环境及工具
• 3.5.4 铣削力仿真
• 3.5.5 铣削力分析
• 3.6 小结
• 第4章 进给速度的优化
• 4.1 引言
• 4.2 优化目标和优化约束
• 4.2.1 优化目标
• 4.2.2 优化约束
• 4.3 进给速度优化模型
• 4.4 进给速度优化
• 4.4.1 进给速度初步优化
• 4.4.2 进给速度分段优化
• 4.5 试验验证
• 4.6 小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表