基于傅立叶级数的铣削力建模及实验研究

《基于傅立叶级数的铣削力建模及实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大连理工大学硕士学位论文特种加工机床、锻压机床、前沿高技术机床等领域【4】。虽然数控系统的国际市场已由日本的法那科公司，德国的西门子公司形成了垄断局面，但我国生产的数控系统，具有性价比的优势，正在努力改变国外强手在中国市场上的垄断局面。经过几十年的发展，数控加工技术展现了如下特点：(1)具有复杂形状加工能力【5】。复杂形状零件的加工在飞机、汽车、船舶、模具等产品的制造过程中占有重要地位，复杂形状零件的加工质量直接影响这些产品的整体性能。数控加工过程中刀具运动的任意可控性使得数控加工能完成普通加工难以完成或者根本无法进行的复杂曲面加工。(2)高精

2、度。数控加工使用数字程序来控制刀具的运动实现自动加工，排除了人为的误差因素，而且加工误差还可以由数控系统通过软件技术进行补偿校正，因此采用数控加工可以极大地提高零件的加工精度。(3)高效率。数控加工的生产效率一般比普通加工高2～3倍，在加工复杂零件时生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。采用五面体加工中心、柔性制造单元等数控加工设备进行加工时，零件一次装夹后可以完成几乎所有部分的加工，不仅可以消除多次装夹引起的定位误差，且可大大减少加工辅助操作，使得加工效率进一步提高。(4)高柔性。只需改变加工程序即可适应不同零件的加工要求，而且几乎不需要制造专用

3、的工装夹具，因此加工柔性好，有利于缩短产品的研制与生产周期，适应多品种、中小批量的现代生产需要。未来数控加工技术的研究与发展趋势可归纳为如下几点L41：(1)数控机床具有先进的自检能力，使之能长期可靠的工作。在现在机床上装有多种监控、检测装置。如红外线、声发射、温度测量、功率测量、激光检测等手段对加工精度、刀具的磨损、破坏及工件的装夹等进行监控。提高了机床的综合性能，使之能够更为精确可靠的自动工作。(2)向高速、高精度发展。新型的数控系统及伺服系统，会有越来越高的的分辨率和进给速度。数控机床的加工精度现在已经发展到O．001um，采用直线电机的

4、数控机床进给速度也达到了60．120m／min。(3)更高的生产率和利用率。在数控机床上装有自动换刀、自动更换工件等机构，实现一次装卡完成全部加工工序，减少装卸刀具、装卸工件及调整、维修机床的辅助时间。在同一台机床上进行粗、精加工。采用更大的主电动机功率和新型刀具，提高切削速度，缩短加工时间。’(4)单元模块化。数控机床的主轴部件、变速箱立柱、工作台、刀架、刀库等等，都可模块化生产，有专门生产厂家供货，需要时组装成各种不同型式的机床。不仅可提基于傅立叶级数的铣削力建模及实验研究高产品质量，也大大的缩短机床的生产周期。(5)有更强的通讯功能、图像

5、编程和显示功能。更先进的数控机床有自动编程能力，通过键盘和图像显示可进行人机对话，可根据图样自动编程并通过远距离的串行接口输入给机床，使之能自动加工。(6)CAD／CAM系统更好地发展以应用于数控机床。数控加工技术的应用，使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程联为一体，CAD和CAM的一体化成为现实，CAD／CAM系统的功能也日益强大。1．2．2铣削力模型研究概况建立铣削力模型首先需要建立铣削过程的几何模型，目的在于模拟各种不同的铣刀刀刃的形状，其次需要建立微元刀刃的铣削力模型，最后需要通过积分方法建立整体的铣削力模型。在铣削几何模型的建立

6、中，对于铣刀刀刃线的描述，一般是根据其参数方程描述，而考虑到刀刃的磨损，也有通过光学仪器测量刀刃线的离散坐标来拟合关系的[61。对于刀具工件接触情况的模拟，一般可以通过刀具与工件的数学方程分析，而通过Z．map方法分析数学理论方法难以分析的球头刀加工复杂曲面的接触情况17J是一个研究热点。；根据微元刀刃铣肖4力模型的不同建立方法，目前所采用的铣削力模型可分为两种：即理论模型和机械论模型。理论模型【8】基于剪切角理论和摩擦角理论，结合铣削力数据库，利用正交切削或斜角切削模型对铣削过程进行分析，从而建立铣削力模型。该方法可以预测任意种类或刃线形状刀

7、具的铣削力，不必为每一种刀具进行特定的铣削实验，但由于目前对切削机理理解的局限性，该方法的精度受到限制。机械论模型【9】用一组切削系数来描述微元铣削力与铣肖

8、J几何参数的关系，用不同几何参数的刀具及刀具，工件材料组合在不同铣削条件下获得的铣削力实验数据，通过曲线拟合识别切削系数，该方法比理论模型在现阶段更为流行与实用。早在二十世纪四十年代，MARTELLOTTI．M．E就对平面铣削做了运动分析研究，证明其精确轨迹在平面内为摆线，并导出了铣削厚度的表达式【l州11。并且指出在常见铣削条件下，如果刀具半径远大于每齿进给量，刀刃轨迹可以近似为圆。其推

9、导的切屑厚度与刀具转角的表达式在后来的铣削力研究中被广为采用。T．HOSOI等为解决刀齿破坏问题研究了球头铣刀铣削的几何特征，指出螺旋刃铣刀具有较高的