發(fā)布時間：2018-04-14 17:13

  本文選題：激光超聲 + 車削特性　； 參考：《河南理工大學》2016年博士論文

【摘要】：目前,非球面光學模具加工除了常規(guī)的車削、磨削、銑削外,特種能量(激光、超聲等)輔助加工逐漸受到科研工作者和生產(chǎn)者重視,其加工方法不斷創(chuàng)新,加工設備不斷改進,加工質(zhì)量也在不斷提升,進一步促進了非球面零件在航空航天技術、軍事科技、民用生活、醫(yī)療等領域的應用,其優(yōu)越的性能激發(fā)越來越多的目光聚焦非球面零件的加工和生產(chǎn)上,高精密非球面模具的加工和生產(chǎn)質(zhì)量已經(jīng)成為世界各國加工水平的標志之一。本文基于YG20模具材料,利用激光超聲復合技術對其進行高精密非球面切削,通過切削實驗,研究切削加工裝置和激光超聲切削系統(tǒng)的動態(tài)特性及其穩(wěn)定性,研究影響非球面面形的因素,建立表面質(zhì)量評價模型,實現(xiàn)對面形和表面粗糙度的預測。通過研究激光輔助加熱的基本原理,揭示了激光輔助加熱YG20硬質(zhì)合金時,其端面溫度在不同激光參數(shù)、不同切削條件下的變化規(guī)律。研究表明:隨著激光功率和光斑直徑的變化,YG20硬質(zhì)合金表面溫度變化明顯,而且表面硬度隨溫度變化成一定線性關系。經(jīng)過實驗,激光功率350w,激光光斑直徑d=0.5mm進行輔助加熱,材料表面軟化層的厚度和切削深度容易匹配,加工表面質(zhì)量能夠得到保證。應用波動理論,研究了超聲波在圓柱斜槽傳振桿中遵從縱波在三維介質(zhì)中的傳播特征和反射定律,發(fā)現(xiàn)斜槽傳振桿產(chǎn)生振動的主要原因是超聲波在斜槽處發(fā)生了反射,產(chǎn)生了波型轉(zhuǎn)換,特別是橫波產(chǎn)生剪切應力,促使斜槽傳振桿發(fā)生扭振,這與斜槽傳振桿振動模擬仿真和實際振動測試結(jié)果基本吻合。利用超聲波質(zhì)點的位移函數(shù),結(jié)合廣義胡克定律和幾何方程,建立了入射超聲波與反射縱波、橫波之間的應力關系。根據(jù)R-α_1-μ之間的關系和制造變幅桿材質(zhì)的泊松比μ不同,可以獲得不同入射角α_1,從而得到需要的振動效果。在生產(chǎn)實際中,如果在材料強度等滿足要求的情況下,可以選擇μ0.2635的材料制作變幅桿,其二維振動效果會更好。建立了二自由度二維切削加工動力學模型,研究了切削剛度的主軸方向角對切削加工系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響,建立切削剛度的極限公式,得出主軸剛度方向角θ從0°變化到180°時,系統(tǒng)存在不穩(wěn)定區(qū)域重要結(jié)果。將內(nèi)外調(diào)制波和超聲振動切入效應引入激光超聲端面振動切削,建立激光超聲輔助切削三維振動切削模型,得到了三維振動切削的動態(tài)剛度計算方法。利用圖解法,求出內(nèi)含切入變量振動切削動剛度的幅頻響應,分析了系統(tǒng)穩(wěn)定性條件。通過振動和切削力實驗,發(fā)現(xiàn)端面切削時,Z方向是振動切削的敏感方向,切深對動態(tài)切削力和振動影響較大。利用超聲振動切入效應與再生效應原理,對主切削Z向的動態(tài)切削力進行了力學運算,構建起機床轉(zhuǎn)速、極限切寬與機床參數(shù)、切削參數(shù)的關系,實現(xiàn)激光超聲三維切削穩(wěn)定性極限預測,繪制出振動切削穩(wěn)定性極限圖。針對實驗使用的設備和工藝條件,用計算機模擬仿真出了激光超聲振動切削穩(wěn)定性葉瓣圖,求出了激光超聲切削的極限切削寬度最小值(b_(lim))_(min)=0 366mm,以及不穩(wěn)定切削轉(zhuǎn)速區(qū)段為285rad/min-300rad/min,720rad/min-800rad/min等區(qū)域段。對激光超聲切削非球面的面形精度進行了系統(tǒng)研究,分析了影響非球面面形的主要因素,通過激光超聲輔助切削和普通切削面形實驗以及切削參數(shù)對非球面面形的影響,發(fā)現(xiàn)切削參數(shù)、刀具磨損等對面形精度的影響規(guī)律,優(yōu)化切削參數(shù),基于時間序列建立了面形精度的AR預測模型并對模型進行了修正,通過實驗驗證了模型有效性。研究刀具在進給方向上的軌跡形成規(guī)律,建立了刀具-工件相對振動的頻率和主軸回轉(zhuǎn)頻率f_w的關系,發(fā)現(xiàn)非球面表面的成型過程實際上是刀刃形狀在進給方向上對動態(tài)刀具軌跡進行采樣的過程,進而形成加工表面的微觀形貌。利用二次旋轉(zhuǎn)正交回歸分析方法,建立超精密切削非球面粗糙度模型,優(yōu)化切削工藝參數(shù),進而將激光超聲輔助切削時的主切削力引入到表面粗糙度計算公式,結(jié)合遺傳算法,建立起激光超聲輔助切削非球面粗糙度的預測模型。通過比較預算模型的計算值、實際表面粗糙度檢測值以及傳統(tǒng)粗糙度公式計算值,發(fā)現(xiàn)遺傳算法建立的粗糙度預測模型計算值更接近實際值,證明建立的粗糙度預測模型的有效性和科學性。在激光超聲切削過程中發(fā)現(xiàn),當切削深度非常小時,出現(xiàn)切削力變大,表面質(zhì)量下降的現(xiàn)象,表明在切深較小的條件下,尺寸效應表現(xiàn)出來,刀具要克服工件材料晶粒結(jié)合的能量。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG135.5;TG65

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本文編號：1750270