銑削加工過(guò)程物理仿真及其在航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、整體結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工變形是航空制造技術(shù)所面對(duì)的最突出問(wèn)題之一，嚴(yán)重地阻礙了航空制造業(yè)的發(fā)展。因此，實(shí)現(xiàn)航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的預(yù)測(cè)和控制具有重大的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以加工變形預(yù)測(cè)為目標(biāo)，采用理論分析、力學(xué)建模、有限元模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等手段，對(duì)航空整體結(jié)構(gòu)件銑削加工過(guò)程物理建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。 第一章闡述了論文研究的背景和意義，分別總結(jié)了切削加工過(guò)程物理仿真和航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了

2、本文的研究目標(biāo)、意義、內(nèi)容和總體框架。 第二章在銑削加工機(jī)理理論分析的基礎(chǔ)上，將復(fù)雜的銑削加工過(guò)程等效簡(jiǎn)化為基本的直角/斜角切削過(guò)程的組合。進(jìn)而，通過(guò)正交直齒銑削實(shí)驗(yàn)，建立了硬質(zhì)合金刀具切削加工航空鋁合金7050-T7451過(guò)程中切削基本量與切削參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式，為后續(xù)銑削力和銑削熱建模提供基本輸入?yún)?shù)。 第三章基于刀齒微元化思想，建立了銑削力預(yù)報(bào)機(jī)械力學(xué)模型和統(tǒng)一力學(xué)模型。通過(guò)銑削力實(shí)驗(yàn)，對(duì)比研究了兩種銑削力模型的預(yù)

3、報(bào)精度和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并間接驗(yàn)證了第二章所建立的切削基本量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性。 第四章在銑削加工熱力學(xué)模型簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)直齒立銑加工和螺旋齒立銑加工，研究了熱源強(qiáng)度解析計(jì)算、熱載荷離散與動(dòng)態(tài)施加等關(guān)鍵技術(shù)，建立了基于給定熱源法的工件銑削溫度場(chǎng)三維有限元模型，模擬得到單齒進(jìn)給切削過(guò)程中工件溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。 第五章著眼于航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削加工全過(guò)程動(dòng)態(tài)物理仿真，架構(gòu)和開(kāi)發(fā)了數(shù)控銑削加工物理仿真原型系統(tǒng)，并深入

4、研究了刀位軌跡文件解析、材料去除、動(dòng)態(tài)銑削載荷施加、網(wǎng)格自適應(yīng)及動(dòng)態(tài)網(wǎng)格數(shù)據(jù)維護(hù)、接力計(jì)算方案等有限元建模與仿真過(guò)程自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)。 第六章借助數(shù)控銑削加工物理仿真原型系統(tǒng)，針對(duì)典型航空結(jié)構(gòu)件整體加工變形和局部加工變形問(wèn)題，分別建立了銑削加工過(guò)程有限元模型，預(yù)測(cè)了零件的加工變形，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所采用的銑削加工全過(guò)程有限元建模策略的正確性和有效性。 第七章對(duì)全文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)有待進(jìn)一步研究的內(nèi)容進(jìn)行了展望