变曲率曲面周铣铣削力建模、稳定性预测及参数优化.pdf

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1、隶劫大·粤博士毕业论文万方数据变曲率曲面周铣铣削力建模、稳定性预测及参数优化本论文获江苏省自然科学基金(BK2012476)资助。万方数据ForceModeling，StabilityPredictionandParametersOptimizationforPeripheralMillingofCurvedSurfacewithVariableCurvatureAThesisSubmittedtoSoutheastUniversity剃糊70㈣7Y2781FortheAcademicDegreeofMasterofEn

2、gineeringBYHAOHong—yanSupervisedbyProf．TANGWen·chengSchoolofMechanicalEngineeringSoutlleastUniversityAugust2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

3、献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：盂臣!丝塾日期：兰幽、∥东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：孟}醒拉导师签名：物刚日期舯p／8万方数据摘要随着现代工业飞速发展和市场竞争日益激烈，在航空航天

4、、船舶、汽车、模具等领域不断涌现出形状更加复杂的产品以满足客户需求，这些产品通常具有复杂的曲线曲面结构。铣削过程中，曲率不断变化会引起实际铣削参数偏离程序中设定的名义参数，各刀齿铣削状态不再完全相同，并具有时变性，导致其动态性能不同于直线铣削和圆弧铣削。论文基于曲率变化这一特点，以变曲率曲面周铣为研究对象，围绕“铣削力建模一稳定性预测一铣削参数优化”这一主线，通过理论分析、数值模拟和试验研究等手段对相关内容进行了研究。基于直线插补理念给出了瞬时刀具中心位置、位置角、进给方向和对应加工时间的计算方法。依据进给方向、刀齿轨迹

5、和加工前工件轮廓之间的几何关系推导出变曲率曲面周铣的实际每齿进给量和实际径向切深的计算公式，从而建立了变曲率曲面周铣瞬时铣削力模型。进一步分析了偏心跳动对铣削力的影响，推导出偏心跳动影响下的瞬时未变形切屑厚度计算方法，在将微段曲线简化为圆弧的基础上，给出了瞬时未变形切屑厚度的显式计算公式，避免了大量方程求解，提高了铣削力预报的效率。针对典型曲率突变铣削的情况，以直线接直线铣削和内圆角铣削为例，从几何描述、铣削过程分析和几何工艺建模等方面进行了研究，以前、后直线夹角大小对铣削过程进行分段，并给出了相应的实际径向切深等参数的

6、计算方法。采用斜角切削有限元方法和单次试验分离铣削力公称分量法分别实现了瞬时切削力系数辨识，在此基础上，基于实测铣削力和预测铣削力的相对误差识别出刀具偏心跳动。利用辨识的切削力系数和刀具偏心跳动参数，试验验证了变曲率曲面周铣、直线接直线铣削、内圆角铣肖0的铣削力模型，仿真分析了曲率对实际每齿进给量、实际径向切深、切入／切出角、进给方向力和法向铣削力的影响，结果证实了曲率对每齿进给量的影响微弱至可以忽略，主要影响到实际径向切深和进给方向。基于瞬时切削力系数建立了变曲率曲面周铣的变时滞铣削动力学模型，采用泰勒公式对动态铣削力

7、模型进行了简化，忽略了曲率对时滞周期的影响，采用时域半离散方法对系统的稳定性进行求解。提出了极限轴向切深的改进折半查找方法，从而实现了稳定极限图的快速绘制。分析了切削力系数、每齿进给量、径向切深对铣削稳定性的影响，结果表明，采用平均切削力系数计算铣削稳定性明显偏于保守，稳定性随径向切深增大万方数据东南大学博士毕业论文而减弱，随每齿进给量增大而增强。针对变曲率曲面周铣参数的时变性，提出采用稳定极限一刀具位置曲线来预测整个铣削过程稳定性的方法，从而实现了铣削稳定性的跟踪预测，并通过试验证实了所提稳定性预测方法的有效性。考虑到

8、曲率对实际径向切深的影响，提出了基于曲率分段策略的铣削参数优化方法。基于刀具路径建立了加工时间模型和加工成本模型，以最短加工时间和最小加工成本为目标，以铣削力、稳定性和粗糙度的预测值、功率等为约束条件建立了有关主轴转速、轴向切深、径向切深和各段每齿进给量的优化模型。采用改进人工鱼群算法对优化模型求解，对优化结果进行了