薄壁零件加工的切削力模型分析与试验研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要薄壁零件在航空工业中应用很广泛。但薄壁零件结构复杂、刚性差，加工时在切削力的作用下很容易产生让刀变形，这就使得传统的工艺方法很难保证其加工精度。采用有限元预测变形和基于变形量的主动误差补偿是薄壁件变形控制的有效方法之一。本文采用试验研究和仿真研究相结合的方法，对其中的切削力建模及变形预测问题进行了详细的研究。首先，通过TC4钛合金的单因素切削试验，确定了各个切削因素对切削力的影响程度，得出了单刃铣削钛合金切削用量的选择依据。在单因素试验的基础上进行了钛合金的多因素多水平的正交试验，并由试验所得数据建立回归方程，通过矩阵变化对方程回归系数进行简化处理，

2、再通过线性回归分析，从而建立了铣削钛合金的切削力经验模型。其次，进行ZL114A铝合金的切削试验，通过对试验数据的分析处理，建立了基于切削层面积的切削力模型和切削力经验模型，通过对试验验证结果的比较分析，确定了采用更为精确的指数模型作为进一步研究的基础。建立了镗削加工时切削层面积基于刀具几何参数及切削参数的函数，根据镗削力随切削层面积的变化特征，推导了镗削加工的切削力的数学模型，通过切削试验确定了切削常数和刃口磨擦系数，进而建立了镗削加工切削力数学模型。最后，结合切削力模型，建立了薄壁件切削加工的有限元仿真模型，通过对切削仿真结果的分析，获得了典型薄壁件加工变形基本规律。对薄壁件进

3、行了切削试验，进行了加工变形和切削力的测量，通过和仿真数据的比较，验证了切削力模型和基于有限元的加工变形预测方法的有效性，可以作为进一步实现变形误差补偿的基础。关键词：薄壁件，切削力模型，正交试验，加工变形，有限元分析I薄壁零件加工的切削力模型分析与试验研究ABASTRACTThin-walledstructurecomponentiswidelyusedinaeroindustries.Becauseofitspoorrigidity,thethin-walledstructureiseasytodeformunderthecuttingforcesinmachiningproc

4、ess.Itisdifficulttoensureitsmachiningaccuracybythetraditionalmachiningmethod.AmethodcombinedpredictiondeformationbyfiniteelementanalysiswithErrorCompensationispresented,whichisbasedonthecuttingforcemodelanddeformationprediction.Inthispaper，thedeepresearchoncuttingforcemodelanddeformationpredic

5、tiononthin-walledstructurecomponentisdonebycomparingtheoreticalresultswithexperimentalresults.Firstly,theinfluencedegreeofeachcuttingparametertocuttingforceisobtainedbymeansofsingle-factorcuttingexperimentofmillingTC4.Thentheregressing-orthogonalexperimentsarecarriedoutbasedonthesingle-factore

6、xperiment.Byanalyzingdatacollectedinexperiments,aregressionmodelisestablished.Inordertosolvetheregressionequationsrapidlyandeasily,wesimplifytheequationsbymatrixtransformation.Inthisway,millingforcemodelofTC4canbeeasilyobtained.Secondly,regressing-orthogonalcuttingexperimentswithfourfactorsand

7、forlevelsofZL114Aarecarriedouttoconfirmassociatedcoefficientsofcuttingforcemodel.Thenthecuttingforcemodelbasedonempiricalformulaandthemodelbasedonchipareaareestablishedbyanalyzingtheexperimentdata.weselecttheonewhichcanprovideaconvenien