典型高速加工策略下铣削过程力学仿真算法及软件开发

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1、典型高速加工策略下铳削过程力学仿真算法及软件开发北京航空航天大学硕士研究牛开题报告典型高速加工策略下铳削过程力学仿真算法及软件开发研究生学号指导老师学科专业北京航空航天大学机械工程及自动化学院20-2-21目录1论文选题111课题来源112论文选题的背景及意义12国内外研究现状分析321数控加工几何仿真国内外发展现状322数控加工物理仿真国内外发展现状523高速加工走刀策略发展现状93论文研究方案1231研究目标和内容1232拟采取的技术路线12com研究思路12com典型高速加工策略分析13com力学模型平均铳削力模型16com开发环境1733可行性分析及创

2、新点19com技术可行性19com实验可行性20com可能创新点2034预期的研究成果204论文工作计划225己完成工作23参考文献25论文选题11课题来源本课题来源于教育部高校博士点基金《基于切削力学和机电耦合的数控机床优化设计》以及国防基础科研项目《面向全行业的数控加工工艺数据库研究》12论文选题的背景及意义1952年Parsons公司和MIT研制成功首台数控机床以后传统制造模式逐步走向数字化制造现代制造业对数控机床应用规模和需求的增长十分迅猛在工业生产的各个制造部门数控加工己经成为主要的加工方法制造企业引进的数控机床的数量不断攀升数控加工正在逐步取代传统

3、的加工模式［1-2］与传统机械加工相比数控加工更加适应现代中小批量生产的需求加工效率更高加工出零件质量更好然而数控机床价格昂贵高档数控机床价格可达到上千万甚至上亿目前我国数控加工整体利用水平与国外相比有很大差异部分企业机床利用率不到十分之一即使是同样型号的机床由于编程人员以及操作人员经验和水平的差异机床利用率相差很多倍数控机床利用率低下严重制约了我国制造业向前发展同时造成了巨大的经济损失及资源浪费国内外制造企业为了提高数控机床的使用效率普遍采用数控加工仿真技术数控加工仿真技术是虚拟制造技术的前提是实现未来虚拟化制造的必要手段数控加工仿真包括几何仿真和物理仿真两

4、大部分几何仿真将加工系统视为理想刚性系统不考虑加工过程中所产生的切削力切削温度刀具变形等物理量只考虑加工过程中刀具的运动轨迹与工件形状儿何仿真主要用来进行NC代码验证检验加工过程中是否发生欠切或过切检验加工过程中可能出现的干涉碰撞等情况物理仿真更多地考虑加工过程中的各个物理量通过建立加工系统的数学模型预测加工中的切削力切削温度振动刀具变形表面形貌等影响加工质量的因素［2］在数控加工过程仿真中由于几何仿真相对容易因此发展比较迅速并产生了许多成熟的商品化软件如L'GCATIAProECAXAVericutDelcamCimatron等儿何仿真软件和反加工过程复杂涉

5、及变量多以及一些不确定因素的存在阻碍了物理仿真的发展Fl前只有少数不很成熟的商品化软件如加拿大的Cutpro美国的Metal美国的Thirdwave和国内的SimuCut几何仿真与物理仿真长期以来独立发展而实际加工过程不仅包含儿何变化更是一个物理过程只有将儿何仿真与物理仿真有机结合起来才能更准确地反映加工过程有效地指导用户进行牛产目前物理仿真软件中切削力模型都是在给定切削参数下计算加工过程的静态切削力或结合加工系统模态文件计算动态切削力实际加工中切削参数是不停变化的即使名义切削参数不变刀具实际切削用量也有所变化如圆角铳削过程中由于圆角的存在切宽不是恒定的为了更

6、准确地反映真实切削过程必须考虑刀具切削过程中的轨迹以及工件加工前后的形状由此可见针对高速铳削加工过程优化要求以基于加工特征的铳削过程力学仿真为基础研究高速铳削加工中不同走刀策略下动态切削力的建模与仿真算法在力学仿真中结合刀具轨迹的儿何信息将儿何与力学仿真进行进一步结合为今后实现真正的虚拟加工高效指导实际生产夯实基础2国内外研究现状分析零件生产的理想过程如下图所示首先设计部门通过CAD技术设计出产品的三维模型依据经验与切削参数数据库设定加工工艺规程选定加工参数并利用CAM软件生成刀具轨迹经后处理产生NC代码通过几何仿真软件验证数控代码的正确性预先排除加工过程中可

7、能出现的过切欠切以及干涉碰撞等加工故障通过物理仿真软件预测加工过程中切削力主轴转矩切削温度等的人小对预先选定的切削参数进行优化通过CAM软件对优化后的加工参数再次生成刀具轨迹并进行NC代码验证将正确合理的NC代码传输到数控机床上对零件进行加工牛产出实际零件图1产品设计制造流程数控加工仿真按是否考虑切削加工过程中的物理因素可划分为儿何仿真和物理仿真两个方面儿何仿真不考虑切削参数切削力及其它物理因素的影响只仿真刀具一工件几何体的运动验证NC轨迹的正确性同时为物理仿真提供必CSG和边界表示法B-rep基于实体的Voelcker和Hunt两人于1981年最早将实体建模

8、技术引入NC程序检验并利用PADLCS