面向切削力控制的进给速度调节方法研究

论文摘要

高速铣削作为一种高质、高效的加工技术,对当今机械制造业的发展正起到越来越重要的作用。高速铣削加工过程中通常采用很高的主轴转速和很大的进给率速度,致使加工件的质量对切削力的波动十分敏感,因此,研究对高速铣削加工中切削力进行有效控制的技术,不仅有助于合理制定高速铣削加工工艺,而且能够尽量发挥机床的加工性能,从而提高加工质量和生产效率。传统的轮廓加工中,通常采用法向等距方法规划工件余量和恒定的进给速度。但是,由于工件轮廓曲面形状的复杂性和多样性,在走刀过程中,刀具的切削状态不断发生变化,导致切削载荷波动,影响了加工质量。进给速度的选择,通常是以极限安全条件的最小进给速度作为整个加工过程的进给速度,这使得刀具在大部分加工过程中处于轻度载荷状态,不能充分发挥机床的性能,降低了加工效率,不利于高速加工的进行。为此,本文通过分析高速加工中影响切削力的主要因素,建立了以切触弧和等效进给速度为变量的铣削力模型,并研究了基于该切削力模型的进给速度调节方法。结合铣削加工余量优化思想,提出了面向高速加工的恒切触弧轨迹规划和刀具等效进给速度恒定的高速铣削加工方法。旨在通过改变切削余量使刀具与工件接触部分的切触弧保持恒定,并且依据工件的几何形状和等效进给速度恒定的条件来约束调节刀位点进给速度,使得加工过程中刀具加工状态保持稳定,稳定了切削力,同时由于优化了进给速度,进而提高了加工质量和加工效率。加工试验中,分别应用三种加工方法:传统的等厚余量—恒刀位点进给速度铣削、等厚余量—等效进给速度优化调节铣削以及恒切触弧轨迹规划—恒等效进给速度铣削,进行加工试验。试验结果表明,等厚余量—等效进给速度优化调节铣削方法和恒切触弧轨迹规划—恒等效进给速度铣削方法都能很好地控制切削载荷。相对而言恒切触弧—恒等效进给速度的加工方法,切削载荷稳定性最好,有利于高速铣削加工的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和研究意义
• 1.1.1 课题背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外发展概况和研究现状
• 1.2.2 国内发展概况和研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 切削力预测模型
• 2.1 引言
• 2.2 建切铣削力模型时的两种假设
• 2.3 切削力模型变量的确立
• 2.3.1 切触弧的定义与计算方法
• 2.3.2 等效进给速度的定义与计算方法
• 2.4 切触弧与等效进给速度的验证试验
• 2.4.1 试验条件及参数
• 2.4.2 试验结果及分析
• 2.4.3 切触弧对切削力的影响
• 2.4.4 等效进给速度对切削力的影响
• 2.5 切削力模型
• 2.6 切削力模型的可靠性试验
• 2.6.1 加工仿真与计算
• 2.6.2 试验条件与试验参数
• 2.6.3 试验准备及试验结果
• 2.7 本章小结
• 3 基于切削力模型的进给速度调节方法
• 3.1 引言
• 3.2 进给速度调节的控制模型
• 3.3 进给速度调节的实现手段
• 3.4 进给速度调节
• 3.4.1 进给速度调节流程
• 3.4.2 进给速度阶梯化
• 3.5 试验验证
• 3.5.1 加工仿真与计算
• 3.5.2 试验条件及参数
• 3.5.3 试验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 4 恒切触弧恒等效进给的切削力控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 立铣加工恒切触加工余量规划
• 4.3 恒切触弧余量规划仿真
• 4.4 恒切触弧恒等效进给速度切削载荷控制策略
• 4.5 试验验证
• 4.5.1 加工仿真与计算
• 4.5.2 试验条件及参数
• 4.5.3 试验准备及结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢