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数控铣削加工物理仿真关键技术研究

作　者: 张臣
导　师: 周儒荣
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: CAD/CAM 物理仿真 铣削力模型 加工误差 刀具磨损 误差补偿 加工参数优化
分类号: TG547
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


数控铣削加工物理仿真是一个复杂的研究课题,涉及多方面的基础和理论、实验的研究,是数控加工技术进一步发展和应用必须突破的难点,在数控加工几何仿真基础上进行物理仿真关键技术的研究,对提高数控加工效率和质量具有重要意义。本文采用理论分析与实验研究相结合的思路,进一步研究了几何仿真与精度验证技术,研究了铣削力模型的建立、刀具磨损模型的建立、加工误差模型与误差补偿技术、基于加工仿真的加工参数优化等物理仿真关键技术,主要研究内容和成果如下:1.设计了集几何仿真和物理仿真为一体的数控加工仿真系统的体系结构。提出以仿真数据库为中心的系统结构模型,实现几何仿真与物理仿真的高效紧密集成。2.在几何仿真方面,改进了几何仿真局部刷新算法,提出动态方向区域法,使在加工仿真过程中可以进行旋转、放大和缩小等动态操作,便于了解工件在仿真加工过程中的具体情况。在精度验证方面,提出了扩展Z&N精度验证算法和法向N&N精度验证算法,分别提高了验证效率和改善了验证效果。3.在球头铣刀铣削力建模和仿真方面,基于Z-map模型,提出了识别球头铣刀数控加工中参与切削的切削刃单元的PEEM方法,建立了球头铣刀铣削力模型,同时根据单刃切削条件,提出了确定刀具偏心参数的方法,开发了考虑刀具偏心和刀具变形的球头铣刀三轴加工过程的仿真系统。实验证明,该仿真方法是正确、可靠的。4.提出了球头铣刀刀具磨损的衡量方法,建立了磨损模型,用以衡量由刀具磨损而可能产生的加工误差;建立了球头铣刀在端铣加工中因刀具变形而可能产生的加工误差模型;提出了相应的由于刀具磨损和刀具变形引起的加工误差补偿方法。5.提出了数控铣削加工多目标变参数优化方法和控制铣削力优化进给率的参数优化方法,修改NC程序反映优化结果,并通过加工实验验证了优化效果。本文坚持理论研究与实验研究的紧密结合,不仅建立了理论模型,而且进行了大量的数控加工实验,包括铣削力建模和验证试验、刀具磨损建模和验证实验、加工误差补偿验证实验、加工参数优化验证实验等。这是本文的一个重要特点。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-25
  1.1 数控加工仿真技术综述  14-22
  1.2 论文的选题背景与研究内容  22-25
第二章 数控加工仿真系统体系结构  25-29
  2.1 引言  25
  2.2 数控加工仿真系统组成  25-26
  2.3 数控加工仿真系统体系结构设计  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 数控铣削加工几何仿真与精度验证技术  29-55
  3.1 引言  29
  3.2 仿真毛坯离散密度确定  29-32
  3.3 基于动态方向区域的局部刷新算法  32-38
  3.4 扩展Z& N 法精度验证  38-49
  3.5 法向N&N 法精度验证  49-51
  3.6 扩展Z& N 法和法向N&N 法的应用实例及比较  51-53
  3.7 本章小结  53-55
第四章 基于Z-MAP 模型的球头铣刀铣削力建模与仿真  55-81
  4.1 引言  55
  4.2 球头铣刀切削刃几何模型  55-57
  4.3 加工中参与切削的切削刃单元的确定  57-59
  4.4 铣削力建模  59-60
  4.5 瞬时切削厚度的计算  60-66
  4.6 刀具偏心参数的确定  66-70
  4.7 铣削力系数的确定  70-74
  4.8 实验验证  74-80
  4.9 本章小结  80-81
第五章 刀具磨损和变形引起的加工误差分析和补偿  81-103
  5.1 引言  81
  5.2 数控铣削加工误差和误差补偿研究概述  81-83
  5.3 刀具磨损模型及磨损产生的加工误差预测  83-87
  5.4 刀具变形产生的加工误差预测  87-93
  5.5 数控铣削加工误差补偿  93-102
  5.6 本章小结  102-103
第六章 加工仿真基础上的数控铣削加工参数优化  103-125
  6.1 引言  103
  6.2 数控铣削加工参数优化研究概述  103-104
  6.3 基于仿真数据的铣削加工多目标变参数优化  104-115
  6.4 基于铣削力控制的加工参数优化  115-124
  6.5 本章小结  124-125
第七章 总结与展望  125-127
  7.1 总结  125-126
  7.2 展望  126-127
参考文献  127-137
致谢  137-138
在学期间的研究成果及发表的学术论文  138

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 铣削加工及铣床 > 程序控制铣床和数控铣床
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