【摘要】：隨著薄壁曲面零件的廣泛應用,薄壁曲面零件的設計及加工已成為數(shù)字化設計和制造(CAD/CAM)開發(fā)與應用領域的熱點。薄壁曲面零件形狀復雜加工周期長,剛性差容易變形,變形補償困難,裝夾難度很大。薄壁曲面零件的數(shù)控加工是數(shù)字化制造領域的研究重點,本文就面向薄壁曲面零件的數(shù)控編程技術、數(shù)控加工工藝和曲面夾具進行了深入的研究。針對傳統(tǒng)數(shù)控刀路軌跡不連續(xù)、或刀路軌跡連續(xù)但尖角轉(zhuǎn)接過多等嚴重制約高速加工切削性能的瓶頸問題,本文提出了面向高速加工的復合型螺旋刀軌生成方法。以高速加工必須的切削穩(wěn)定性為目標,將復雜自由曲面細分為“平坦曲面”、“頂部平面-陡峭面”、“頂部平坦曲面-陡峭面”和“復合型陡峭曲面”等幾大類型,根據(jù)各自不同的形狀特點和工藝特點,分別開發(fā)不同結構的復合型螺旋刀軌,可以滿足各種復雜形狀自由曲面高速加工的苛刻要求,有效解決了高速加工中的切削顫振和振動,薄壁曲面零件的加工效率和加工精度有明顯提高。針對曲面逆向構建過程中常見的扭曲現(xiàn)象,以構建變形補償曲面為核心,將傳統(tǒng)變形補償技術、逆向工程技術和數(shù)控5軸CAM技術的最新成果有效結合起來,提出面向薄壁曲面變形補償?shù)摹皹訔l曲線擬合技術優(yōu)化法”、“曲面重構技術優(yōu)化法”和“基于曲面三維法向補償?shù)腃AM編程法”,實現(xiàn)了曲面誤差補償和數(shù)控編程一體化,在曲面變形補償精度和CAM編程效率方面都有較大的提高。針對薄壁曲面零件工裝設計方面缺乏高效曲面自適應夾具的問題,研制了面向環(huán)形薄壁毛坯的多點式環(huán)形曲面自適應夾具以及面向薄壁曲面箱體零件的多點式曲面自適應真空夾具。多點式曲面自適應夾具綜合了機械結構和液壓結構的優(yōu)點,與傳統(tǒng)夾具相比接觸點數(shù)量成倍增加,在結構上實現(xiàn)了多點浮動功能,形狀適應性強裝夾效率高,可以滿足自動化生產(chǎn)線對自由曲面零件快速裝夾的要求。有限元分析和實際使用效果表明自適應夾具能夠滿足自動化生產(chǎn)線對自由曲面快速裝夾的要求。論文的研究結果為薄壁曲面零件高速切削技術、薄壁曲面三維變形補償技術和多點式曲面自適應夾具的應用提供新的方法和工具。
[Abstract]:With the wide application of thin-walled curved surface parts, the design and machining of thin-walled curved surface parts has become a hot spot in the field of digital design and manufacturing (CAD/CAM) development and application. The shape of thin-walled curved parts is long, the rigidity difference is easy to deform, the deformation compensation is difficult, and the clamping is very difficult. Numerical control machining of thin-walled curved parts is the research focus in the field of digital manufacturing. In this paper, the NC programming technology, NC machining technology and surface fixture for thin-walled curved surface parts are deeply studied. Aiming at the bottleneck problems such as the discontinuity of traditional NC cutter path, or the continuous path of cutter path but too much angle transfer, which seriously restricts the cutting performance of high speed machining, this paper presents a new method for the generation of compound helical cutter track for high speed machining. Aiming at the cutting stability of high speed machining, the complex free-form surface is subdivided into "flat surface", "top plane-steep surface", "top flat surface-steep surface" and "composite steep surface". According to their different shape characteristics and technological characteristics, the compound helical cutter rails with different structures are developed, which can meet the harsh requirements of high-speed machining of various complex free-form surfaces, and effectively solve the cutting chatter and vibration in high-speed machining. The machining efficiency and precision of thin-walled curved parts are improved obviously. Aiming at the common distortion phenomenon in the process of surface reverse construction, the traditional deformation compensation technology, reverse engineering technology and numerical control 5-axis CAM technology are effectively combined with the construction of deformation compensation surface as the core, and the new results of the traditional deformation compensation technology, reverse engineering technology and numerical control 5-axis CAM technology are effectively combined. The "spline curve fitting optimization method", "surface reconstruction technology optimization method" and "CAM programming method based on surface 3D normal compensation" for thin-walled surface deformation compensation are proposed, which realize the integration of surface error compensation and NC programming. The accuracy of surface deformation compensation and the efficiency of CAM programming are greatly improved. In view of the lack of efficient adaptive fixture for thin-walled curved surface parts in tooling design, The adaptive multi-point curved surface fixture for ring thin-wall blank and the multi-point surface adaptive vacuum fixture for thin-walled curved box parts are developed. Multi-point curved surface adaptive fixture combines the advantages of mechanical structure and hydraulic structure. Compared with the traditional fixture, the number of contact points is multiplied, the multi-point floating function is realized in the structure, the shape adaptability is strong and the clamping efficiency is high. Can meet the automatic production line for freeform surface parts fast clamping requirements. The results of finite element analysis and practical application show that the adaptive fixture can meet the requirements of the automatic production line for fast clamping of free-form surfaces. The research results of this paper provide new methods and tools for the application of high speed cutting technology of thin-walled surface parts, three-dimensional deformation compensation technology of thin-walled surface and adaptive fixture of multi-point curved surface.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

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本文編號：2197767