薄壁件铣削加工过程有限元仿真与分析

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1、摘要薄壁件铣削加工过程有限元仿真与分析硕士研究生：焦辉导师：汤文成教授东南大学机械工程学院薄壁零件具有重量轻、比强度高等优点，在现代雷达制造中得到了广泛的应用。但是由于零件结构复杂、刚性较筹，在某些关键零部件的加工过程中受到切削力等因素影响极易产生变形，难以满足精度要求。本文以某型号雷达关键零部件加工过程为研究对象，结合有关部委资助项目，利用有限元方法对薄壁件铣削过程进行物理仿真与分析，并进行工艺参数优化。本文首先阐述了金属切削过程基本原理。在了解切削变形特征的基础上对切削力及其影响因素进行了分析，并建立了适合于三维有限元仿真的铣削力模型。对有限元仿真过程中涉及到的关键技术

2、进行了深入研究，提出了参数化有限元模型、材料模型、动态载荷施加、材料去除及约束转换等关键技术的解决方案。然后利用有限元软件对典型薄壁零件特征进行了铣削过程仿真，得到了工件变形及切削力的变化规律，并提出了提高刀具转速及采用数控补偿来抑制加工变形的定性方法。在此基础上选取刀具转速、铣削深度及进给速度作为试验因素，通过对薄壁特征进行有限元仿真正交试验考察了各因素变化对工件变形大小的影响，得到最佳工艺参数组合，定量描述了应如何调整切削参数以减小加工变形，对实际加工具有一定的指导意义。最后开发了快速仿真工具，实现了典型薄壁零件特征铣削过程仿真的快速建模、加载、计算及结果显示，为工艺参

3、数优化提供了数据基础，也有利于与其他功能模块集成，构成完整的快速工艺准备与工艺过程优化系统。关键词：薄壁件，铣削仿真，有限元，正交试验，工艺参数优化ABSTlWTFiniteElementSimulationandAnalysisforMillingProcessofThin—WalledWorkpieceCandidateforMaster：JIAoHuiAdviser：Prof．TANGWenchengSoutheastUniversityABSTRACTAsthenghtweightandhighspecificstrength,thin-walledworkpiee

4、eiswidelyusedinmodemradarsystems．However,itscomplexconstructionandlowstiffnessmakeithardtomeettheprecisiondaringmillingprocessduetotheinfluenceofcuttingforce．Inordertooptimizeprocessparameterofkeycomponentsofcertainradar,themillingprocessofthin-walledworkpieeeisstudiedwithfiniteelementsimu

5、lation．Firstly,thebasictheoryofmetalcuttingispresented．Basedontheanalysisofcuttingforce，millingforcemodelisbuiltfor3Dfiniteelementsimulation．Keytechnologies，such∞parametricFEmodel，materialmodel，dynamicloadsandmaterialremoving，aledetaileddiscussed．Secondly,amillingprocesssimulationfortypica

6、lworkpieceiscarriedout，whichshowsthedeformationrulesanddiversecuttingforce．MachiningdeformationcanberestrainedbyraisingtoolspeedorNCcompensation．Thenanorthogonalexperimentisdesignedwithtoolspeed，millingdepthandfeedspeedasitsthreefactors，fromwhichaconclusioncallbemadetoadjnsteachprocesspara

7、metertoreducethemachiningdeformationofthin-walledworkpiece．Lastly,asimulationsystemisdevelopedtomeettherequirementofrapidmodeling，loading，computeanddisplaytheresult．Itnotonlyprovidesthedatabaseforprocessparameteroptimization，butalsoconducivetointegratewithothe