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数控铣削过程铣削力建模及仿真系统研发

作　者: 张学中
导　师: 徐安平
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 虚拟制造 数控铣削 铣削力建模 物理仿真系统
分类号: TG547
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


数控铣削过程铣削力建模和仿真是虚拟制造技术的重要研究内容,也是铣削过程物理仿真的基础。本文综合运用微分几何理论、金属切削理论和切削动力学、机床实验技术和计算机仿真技术,以圆柱螺旋铣刀和圆柱球头铣刀为研究对象,对铣削过程的铣削力建模和仿真进行了系统深入地研究,并取得如下研究成果:1.建立了圆柱螺旋铣刀的铣削力模型。应用微分几何理论,描述了圆柱螺旋铣刀的几何特性,在此基础上,根据铣刀瞬时切削面积与铣削力的理论关系,采用三元切削理论建立了三维局部铣削力模型,导出了整体铣削力模型。2.建立了圆柱球头铣刀的铣削力模型。采用理论分析与实验研究相结合的思路,根据简化切削力理论,建立了基于球面螺旋线的刃线几何模型、局部铣削力模型和球头铣刀整体铣削力模型。3.对圆柱螺旋铣刀和圆柱球头铣刀的铣削力进行了试验研究。首先设计了正交试验,并在高速五轴数控加工中心上利用圆柱螺旋铣刀和圆柱球头铣刀进行了切削试验,得到了铣削力实测数据,为铣削力建模及仿真奠定了基础。4.在MPSS V1.0软件的基础上,开发了数控铣削过程的物理仿真软件MPSS V2.0。采用已建立的各种铣削力物理仿真模型作为软件开发的主要依据,基于Visual C++编程软件,开发出了具有铣削力实测数据文件读取、加工过程参数设置、模型参数识别、仿真参数存储、仿真数据生成、二维和三维图形显示等功能的铣削过程物理仿真系统。5.将数据库技术应用到铣削过程物理仿真系统中。在铣削仿真过程中,为了省去重复的输入各种参数的麻烦,在仿真系统中添加了各种参数对话框,并使对话框与数据库联接起来,实现对各种加工参数的存储、自动填充、更改等功能。论文工作为丰富虚拟制造加工过程的建模理论体系,提高铣削过程稳定性和加工质量,开发实用的铣削加工过程物理仿真系统奠定了坚实的基础,对发展数控加工技术和指导实际生产具有一定的参考意义。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-17
  §1-1 课题研究的背景及意义  10-12
    1-1-1 课题的研究背景  10-11
    1-1-2 课题的研究意义  11-12
  §1-2 国内外研究现状与分析  12-16
    1-2-1 铣削力建模国内外研究现状  12-14
    1-2-2 物理仿真系统国内外研究现状  14-16
  §1-3 论文的主要研究内容  16
  §1-4 论文的组织结构  16-17
第二章 虚拟制造和数控加工仿真技术  17-22
  §2-1 虚拟制造  17-19
    2-1-1 虚拟制造的概念  17
    2-1-2 虚拟制造的分类  17-18
    2-1-3 虚拟制造的特点  18-19
  §2-2 计算机仿真技术在虚拟制造中的应用  19-20
    2-2-1 计算机仿真技术  19
    2-2-2 数控加工仿真技术  19-20
    2-2-3 数控加工仿真技术分类  20
  §2-3 数控加工仿真技术存在的问题与不足  20-21
  §2-4 小结  21-22
第三章 铣削力建模  22-37
  §3-1 引言  22
  §3-2 铣削力建模流程  22-24
  §3-3 圆柱螺旋铣刀铣削力建模  24-30
    3-3-1 圆柱螺旋铣刀几何模型  24-27
    3-3-2 圆柱螺旋铣刀瞬时切削厚度  27
    3-3-3 圆柱螺旋铣刀瞬时切削面积  27-28
    3-3-4 圆柱螺旋铣刀单元铣削力  28-29
    3-3-5 圆柱螺旋铣刀整体铣削力  29-30
  §3-4 圆柱球头铣刀铣削力建模  30-35
    3-4-1 圆柱球头铣刀几何模型  31-33
    3-4-2 圆柱球头铣刀单元铣削力模型  33-34
    3-4-3 圆柱球头铣刀整体铣削力模型  34-35
  §3-5 铣削力系数识别  35-36
  §3-6 小结  36-37
第四章 铣削过程试验研究  37-45
  §4-1 引言  37
  §4-2 数控铣削试验基本原理  37-38
  §4-3 铣削力试验条件与测试装置  38-40
  §4-4 铣削力试验方案设计  40-43
    4-4-1 铣削力试验统计设计基本原理  40-41
    4-4-2 铣削力试验切削参数选取原则  41-43
  §4-5 铣削力试验数据  43-44
  §4-6 小结  44-45
第五章 铣削过程物理仿真系统设计与实现  45-63
  §5-1 物理仿真系统综述  45
  §5-2 数控仿真系统总体方案选择  45-46
  §5-3 系统开发环境  46-48
    5-3-1 Visual C + +程序开发环境  47
    5-3-2 数据库开发软件  47-48
  §5-4 系统设计开发思想与体系结构  48-49
  §5-5 系统的基本功能  49-50
  §5-6 系统的工作流程  50-52
  §5-7 系统的总体结构  52-54
  §5-8 系统的界面设计  54-62
  §5-9 小结  62-63
第六章 结论  63-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读学位期间所取得的相关科研成果  68

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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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