长梁类铝合金结构件的数控加工工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

长梁类铝合金结构件的数控加工工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

合金材料加工中，锻件、铸件暂时达不到 使用 强度要求，故毛坯大部分 还是 是选取 高强铝合金预拉伸 板材， 整块毛坯直接‘掏空 ’而加工 成型， 所以加工时有凸台的一面需要去除大余量，所产生的 残余 应力也会比另外一面大， 结构件 会如图二所示向有凸台面弯曲变形，再有 结构件 有一面是半框面，相当于只有一侧有外形面，没有外形面的一侧没有刚性支撑，加工中会向这一侧弯曲变形。 通过 文献 【 12】 得知，对于此类结构件，不对称结构导致不对称去除毛坯造成的残余腹板方向变形 外形 方向变形 中央电大毕业设计 (论文 ) 应力不对称释放对变形的影响远大于其他原因的影响，因此我们也主要研究残余应力对变形的影响及如何应对。 据最原始的加工数据，粗加工去除大余量过后， 结构件 会按图二所示方向变形超过 2mm（下图所示，图中塞尺为 2mm） ，只有安排校正工序来满足后续加工，加工出合格 结构件。 图 五 第二节 变形解决的方案 一、 应力方面 结构件产生变形的根本原因在于其内部的残余应力，而残余应力的产生根本是由于材料内各部分有不均匀的形状和体积变化。 在其材料成型、热处理、切削过程等，都会形成不均匀的残余应力。 残余 应力， 一种是想办法消除，再一种就是想办法抵消。 此类薄壁 结构件 去除材料改变了内残余应力释放和重新分布引起的变形。 加工的主要集中在粗加工去除大余量的时候， 传统的消除的方法是时效，释放应力，再通过校正，恢复原状态。 通过实际变形的状态，可以预测和采取原材料供应状态，但在材料固定下基于实际变形状态，只考虑残余应力的影响，我们通过加工中尽量对称去除材料，合理安排加工顺序，使产品内残余应力合适释放，进而消除、抵消变形， 我们从以下几个方面入手。 切削加工过程引起的应力与毛坯制造的残余应力在同一数量级上，但是只限于加工结构件表面 ， 加工后零件内的残余应力释放导致变形，我们 从加工设备上， 选择工作稳定性好的 高速 切削 设备，主轴转速 20xx0 转以上，切削速度8000mm/min 以上， 轴向切深可达到 4mm，径向切深可达到 50%刀具直径， 并且加工前要对主轴进行充足 的预热，使其达到平衡状态，这里高速主轴热变形会导致主轴伸长，刀具也会受热伸长，就会导致工件尺寸超差，故高速主轴预2mm 塞尺， 可 入 中央电大毕业设计 (论文 ) 热很必要。 以 较快的速度切削， 缩短加工时间，切削区的热量来不及传给工件，所以不部分热量留在铝屑中，由铝屑带走，工件基本不受切屑热的影响，也就消除了切削热带来了的应力变形。 去除 大余量 材料 加工 ， 借助高速加工的转速高，切削力低 ，再辅以冷却液，释放切削热，对应热塑变形效应（在切削过后产生的切削热使表层收缩多，里层收缩少。 表层的收缩受里层的牵制，因而表层存在张应力，里层存在压应力）， 并在去除大余量 材料 加工后 进 行充分的时效，释放掉耦合作用下的残余 应力， 即可有效消除大部分残余应力，控制变形。 在刀具切削去除材料后，里层金属有弹性的恢复，即在已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失。 弹性变形趋于复原，但受到表层金属的牵制，因而在表层造成应力状态。 参考图六，腹板变形的示意图，引至文献 【 12】。 这时在刀具的选择方面，在刀具耐用度允许的情况下，选用较大的刀具前角和后角。 在 文献 【 15】 中提出残余应力管理技术（ RSM） ，从不同的角度讨论减小残余应力的方法，对于刀具前角，该文指出，前角每增加 1 度，切削温度及切削力会降低 10%。 图 六 在加工方法上，程编刀具的轨迹要避免重复，避免刀具碰伤已加工变形的切削面；框面的粗加工，要选择层优先，应力得以均匀释放；进退刀方式应采用斜向或圆弧，并且角度＜ 10176。 ，尽量不采取垂直进退刀，减少对工件的作用力；当然切削刀具要保持锋利，良好的切削状态。 下图黄色线即为圆弧进刀，且进刀角度＜ 10176。 图 七 圆弧进刀 中央电大毕业设计 (论文 ) 在加工顺序上，要降低毛坯的内应力，采用自然或人工时效及振动处理，均可有效消除内应力。 预先加工也是行之有效的工艺方法。 对毛坯很大，工件很小的，由于其余量很大，其切削所产生的切削力大，切削热多，变 形也会很大。 故我们先加工掉毛坯的多余部分，缩小各部分余量， 不仅可 以减少后序加工变形，还可以留置出时效时间，释放一部分内应力。 我们研究的长梁类结构件，毛坯总量约 30kg，而最后的成品重量仅为 ， 见下图 图 八 从 结构件自身刚度入手，增强刚度抑制一部分变形 ，在结构件的自身 几何结构 上，其不对称的特征引起的变形，我们 通过 套材方式及 工艺凸台进行结构补充，让其完整，成为近似对称结构， 即达到对称铣削， 并且工艺凸台的增设可以增强其自身刚度，从而抵消其因 不对称的 几何结构引起 应力 变形，增设的工艺凸台如图 九 所示， 图 九 工艺凸台 工艺凸台 工艺凸台 沉头螺钉 毛 坯 工 件 中央电大毕业设计 (论文 ) 采用套件的方式，增设中间的工艺凸台，让 结构件 成为近似对称的结构，补偿半框面一侧没有的外形面，这样在外形方向（图 四 ）的变形将被抵消；并且工艺凸台会增强 结构件 自身的刚度，在有凸台的一面去除大余量过后，会减少腹板方向（图 四 ）的变形。 下图为实验件，按 我们工艺 设计的结构，为对称设计， 使用 20xx0 转高速设备加工，采取快速切削。 图 十 二 、装夹方式方面 装夹的夹紧力产生在工件与工装之间的接触区域上，理想的工装垫板是平面度为“ 0”，不过在实际加工中由于制造、设计等等原因， 工件与工装垫板贴合压紧后，会在夹紧力的作用下变形，原始的工装采取标准件拼装， 不能适应结构件的形状， 其装配间隙、公差对控制变形影响很大。 从装夹 方式上，初始的方式采用普通的垫板和压板进行装夹，普通的垫板不能跟 随 结构件 的 结构 特征进行有效的支撑，压板的压紧力大小、不平均都会影响加工状态，造成变形，还会对加工造成干涉，影响加工效率。 增加辅助支撑、压紧点，分散受力点、增加压紧接触面积，还可以把单边不对称结构，设计成对称结构，对于薄壁且面积大的腹板面，还可以采取真空平台吸附装夹方式。 设计专用工装 （图四） 可以对 结构件 进 行有效的支撑，增强 结构件 自身刚度，控制变形的同时也增强加工刚性，提高加工质量和加工效率。 压紧采用沉头螺钉（图二），沉头螺钉的优势在于压紧力直接传递到工艺凸台，工艺凸台整体与 结构件 连接，压紧力的大小、不均匀都不会对加工状态有直接的 影响，并且沉头螺钉埋在工艺凸台里面，不会对加工造成干涉，可以提高加工效率。 中央电大毕业设计 (论文 ) 图 十 一 最后 经过试验件的验证，变形得到有效的控制，通过对设备，刀具，加工方法，加工顺序，工装垫板的设计使用等方面，如下图所示，塞尺厚度为。 图 十 二 塞尺，不入 中央电大毕业设计 (论文 ) 第 二 章 加工刚性 的 影响 因素 分析及解 决方案 第一节 加工刚性的影响因素分析 金属切削加工中 会因为刚性差而 产生振动 ，这 是一种十分有害的现象。 从设备的安装开始，隔震地基、传动系统缺陷等等。 若加工中产生了振动， 刀具 与工件间将产生相对位移，会使加工表面产生振痕，严重影响 结构件 的表面质量和性能；刀具极易磨损 (甚至崩刃 )，严重时甚至使切削加工无法继续进行；振动中产生的噪音还将危害操作者的身体健康。 为减小振动，有时不得不降低切削用量，使机床加工的生产效率降低。 一般，切削过程中产生的振动都具有 自由振动、强 迫振动和自激振动。 引至文献 【 17】 ，加工设备受迫振动 占 50%~60%，自激振动占 30%~40%。 其中自激振动是加工中遇到的主要振动形式。 切削过程中的自激振动又称为颤振，是比较常见的振动形式，其实一个闭环。