高速铣削表面粗糙度预测及铣削参数优化研究

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1、高速铣削表面粗糙度预测及铣削参数优化研究第1章绪论1.1课题研究的背景和意义随着越来越激烈的市场竞争的开始，先进制造技术作为机械制造领域的先导，从20世纪末开始，就出现了前所未有的发展速度及广度。高速切削技术被称为先进制造领域典型代表，已逐渐成为切削技术发展导向，而且以后也必将成为该领域的主流技术[1]。高速切削加工技术最早在航空制造业中受到重视。飞机上很多重要的零部件都是整块的航空合金铣削而成的，特别是一些薄壁构件，材料去除率达到90%以上，使用传统的普通速度切削不但加工效率低，而且加工质量达不到要求。高速铣削不仅可以提高加工效率，并且可以有效抑制机床振动，达到更好的加工质量。高速切削技

2、术由于其汇集诸多优点优质、高效、低耗、节能、清洁等于一身，因而在航空航天、汽车、兵器、模具等重大领域都有着广泛的应用[2]。随着制造业的发展，机器的整机性能对零部件的使用性能要求越来越高，比如对疲劳寿命、配合质量、耐腐蚀性和耐磨性等要求。零件的使用寿命很大程度上决定于加工质量。在某些特定的使用场合，比如高速、高压、高温以及承受高频循环载荷的环境中，加工质量对零件的使用寿命有直接影响[3]。在高速铣削过程中，表面粗糙度常常被用来评价零件质量的优劣，它表示的是切削参数以及系统变量在整个铣削进程中的耦合影响结果，而且对零件在装配过程的精度及在使用中的一些性能有着不可忽视的影响[4]。表面粗糙度过

3、大会导致零部件过快磨损，配合质量差以及产生疲劳断裂。这些都将极大地影响到机器的可靠性和使用寿命，因此有必要对高速铣削表面粗糙度进行深入研究。近年来，由于越来越激烈的市场竞争，使得对于加工质量和加工效率方面有了更高的要求。如何正确的选取切削参数使得能够在满足零件质量的同时提高效率，越来越得到重视[5]。针对高速铣削的复杂性，优化铣削加工参数是一个较难的问题，存在着许多方面的影响与约束。许多工艺人员确定切削参数，只是单纯的依靠经验公式或者通过查阅手册，这样得到的数据常常因为过于保守而无法达到精度要求，甚至有时会破坏机床的安全性，使得加工过程十分不平稳，不仅导致刀具的严重磨损，加工质量也无法控制

4、，使得高速切削的优越性不能得到充分发挥[6]。1.2国内外研究现状针对高速切削过程中，表面粗糙度形成机理和预测方面的研究，在工业发达国家是比较早且比较深入的。其中，K.Y.Lee[7]等针对高速铣削加工质量进行了研究，在此基础上考虑了主轴振动的影响，应用表面粗糙度模拟的方法实现了表面粗糙度预测模型的建立；Y.Mizugaki[8]针对高速铣削过程中刀具轨迹的特点，进行了模拟和仿真，并以此为基础对形成表面粗糙度的原理进行了研究；Yaldiz[9]针对车削加工，提出采用模糊系统的方法，实现对车削力的预测；Abburi[39]等针对车削过程，提出利用知识系统的方法，对表面粗糙度实现了预测；Cus

5、[10]等针对加工状况问题，提出并运用人工神经网络的方法，对其进行了优化方面的研究；Benardos[11]等针对车削过程中工件直径误差产生原因，通过神经网络学的方法实现了误差的预测，并针对网络结构，采用遗传算法进行了优化；Umbrello[12]等针对硬态车削过程中残余应力的产生进行研究，不仅实现了通过神经网络学的方法对其进行预测，而且对其做了改进结合了有限元对其实现预测。在国内，针对高速铣削的表面粗糙度预测方面的研究虽然开始的比较晚，但是随着近些年科学技术的快速发展，国内很多单位及科学工大量针对性的研究也取得了一些成果。张斌[13]对于相应数控加工问题，不仅获得能够实现表面粗糙度精确预

6、测模型，还完成对残留面积高度的仿真；肖鹏[14]针对超高速磨削加工，以钛合金材料零件为例，实现了表面完整性的分析与研究；庞俊忠，王敏杰[15]等针对高速侧铣，以钛合金涂层的硬质合金刀具进行了切削试验的研究，通过对不同材料钢的切削研究，获得了表面粗糙度的预测模型。..第2章基于模糊系统高速铣削表面粗糙度预测模型建立2.1高速铣削表面粗糙度影响因素分析针对高速铣削加工来说，表面粗糙度不仅反映了零件加工表面上微观的形状误差，更重要的是，它可以被用来控制并监测整个铣削加工过程表面的形成，从而达到控制零件加工质量的目的[37]。在切削加工过程中，铣刀与零件表面发生碰触时必然出现相对不同程度的摩擦；切

7、屑分离的时候也会伴随着塑性变形以及金属之间的撕裂变形；机床或者整个系统也会在高速的加工过程中产生高频率的相对振动，等等的这些都对表面粗糙度的形成产生了重要的影响[4]。这些影响不仅导致了零件的耐磨性、耐蚀性以及疲劳强度等相应性能的降低，甚至使得零件在配合过程中的稳定性也有所下降。在铣削表面轮廓时，为了能够获得较好使用性能及较长寿命的零件，必须要对表面粗糙度在一定程度上进行控制[38]。除了一些常见因素如加工方式、工件材料