薄壁叶片精密数控加工变形分析与控制技术毕业设计论文(编辑修改稿)

薄壁叶片精密数控加工变形分析与控制技术毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

工后绝大部分存在不同程度或弯或扭或弯扭组合的变形，其变形产生的机理目前仍未完全掌握，变形抑制、变形消除的理论和实验研究等方面仍有许多工作亟待进行。 目前对待变 形零件的校正手段主要停留在凭经验锤击敲打的“野蛮校形”水平。 这种状态根本无法满足产品批量生产的要求；而且对于变形较大零件，无法校正或校正破坏零件的现象时有发生。 因而如果对薄壁零件的变形规律认识不清，就不能有效地控制其加工精度。 可见，加工变形的预测和控制成了薄壁结构零件加工的关键。 8 由于叶片是一种典型的薄壁零件。 因此，本文以钛合金叶片铣削加工变形作为主要研究对象，借助 UG 建模、有限元分析等手段进行研究与探讨。 开展该方面的前瞻性应用基础研究，对工艺设计和切削参数选择具有一定指导意义。 不仅能够保证叶片的精度、提高 加工质量及提升加工效率。 具有理论和实践指导的双重意义。 叶片结构如图 研究现状综述 切削力是切削加工中的一个非常重要的物理现象，是影响切削加工过程的重要因素之一。 同时，它是薄壁零件加工变形、表面误差以及误差补偿等方面研究 的基础，许多科学家利用多种手段研究了切削力的产生以及切削力的预报。 随着计算机的出现，人们开始 9 尝试利用计算机来获得薄壁零件的加工变形规律，即有限元法。 在有限元分析模型中，将铣削力作为动态边界载荷，以一定的方式加载在零件的物理模型上，通过数值计算的方法获得研究对象的变形 量。 通过获得的数据，再利用误差补偿技术进行适当补偿以优化刀轨，能有效地保证零件的加工质量，提高加工效率，大大减少了实验工作量。 下面就切削力模型、加工变形的预测、误差控制以及刀轨优化相关问题的研 究现状进行扼要叙述。 切削力研究 对切削力的精确建模是预报切削力、颤振、表面质量以及加工过程稳定性的基础。 但由于切削过程的复杂性，至今还未建立与实验结果足够吻合的理论公式， 在生产实践中常采用由试验得出的经验公式。 经验公式法以大量试验为依据，且受到实验条件和特定加工的限制，没有太大的外推价值。 因 此，如何建立准确、 有效的切削力模型显得尤为重要。 在切削力的建模方面，国内外学者都进行了广泛的研究，大致包括以下几种。 解析法 解析法基于 20 世纪 40 年代 Merchant 发表的剪切 10 面理论，应用剪切滑移理论，重点研究切削过程中的切削力及切削振动等相关问题。 解析法对切削过程中 出现的力学机理进行了模拟，由于受高应变率、高温度梯度、弹塑性变形等复杂力学现象的影响，解析法不能准确描述出切削过程中前、后刀面上的力学关系。 但随着切屑变形的塑性理论力学和位错理论的发展，使切屑变形的宏观几何规律 和微观变形机理的研究推进了一大步。 对于切削力的研究，离不开两个基本的理论：最小能量理论和滑移线场理论，其他许多研究都以此为基础。 最小能量理论是 Merchant 提出的，即金属切削时剪切平面位于剪切能量最小的位置，应用这一学说，建立了一个用以确定剪切角的数学模型。 1951 年，Lee 和 Shaffer 在被加工材料是理想塑性材料的假设下，采用滑移线场理论对切削过程进行了分析研究，建立了滑移线切削理论。 Oxley 应用平面应变塑性理论，提出了主剪切面的滑移线场理论，考虑了 Merchant 模型所忽略的 应变、应变率以及温度对流动应力的影响。 按照切削方式的不同，切削加工可分为自由切削和非自由切削，以及正交切削和斜角切削，其中正交切削是最简单的切削模型。 因此，很多研究都是以正 11 交切削为切入点，来寻找切削过程的变形基本规律。 随着计算机技术的发展，切削模型的解析精度不断提高，模型计算结果逐步与实际切削过程相接近，许多研究人员开始着重研究斜角切削方式。 经验法 经验方法的特点是把切削加工中不易模型化的影响因素用系数和指数的形式来表征，如刀具前角的影响、刀具和工件材料的影响等，并且通 过切削试验由测力仪测得切削力后，根据所得数据用数学方法进行处理，建立回归方程，即可得到这些系数和指数。 一般来说，模型中的系数和指数越多，要求的试验量就 越大，模型也就越准确，应用的范围就越小。 要获得准确的预测结果，往往需要进行大量的试验来支持。 力学法 力学建模方法是以切削过程的力学研究为基础，考虑到切削过程是涉及多输入多输出的综合系统，建立用于多种切削条件的综合切削模型，以揭示切削过程，预测有效输出参数和表达系统输入输出间的关系。 力学法综合运用解析法和实验验证，使用经验切削力数据而避免出 现剪切角、动态应力、摩擦角等复杂参数。 一方面可以揭示切削过程中各参数的变形规律， 12 另一方面不需要大量的实验来确定实验参数，目前已成。