【摘要】：隨著數(shù)控機床的普遍使用、模具制造技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外市場競爭的日趨激烈,以五軸數(shù)控加工為代表的先進(jìn)加工技術(shù)日益成為一個國家制造實力的重要體現(xiàn),發(fā)展新的模具五軸加工技術(shù),提高加工精度、表面質(zhì)量和效率,降低加工成本是不懈追求的目標(biāo)。深腔曲面在模具生產(chǎn)中大量存在,采用五軸機床,其刀具傾角、加工路徑和其它工藝參數(shù)可以進(jìn)行編程控制,具有很大的自由度。刀具傾角、加工路徑和其它工藝參數(shù)與切削力、刀具變形、加工效率和質(zhì)量密切相關(guān)。根據(jù)刀具姿態(tài)、加工路徑與加工質(zhì)量和加工效率的關(guān)系,選取最優(yōu)的加工路徑、刀具姿態(tài)以及其它工藝參數(shù),從而在保證所需加工質(zhì)量的前提下,獲得最高的加工效率。本文分析了五軸加工中切削方式、刀具傾角、切削速度等主要工藝參數(shù)對切削力、加工精度和加工質(zhì)量的影響,進(jìn)而對深腔曲面的五軸加工工藝優(yōu)化進(jìn)行了研究。分析和建立了在不同切削狀態(tài)(順銑、逆銑)下,平頭刀和球頭刀兩種刀具不同的切入、切出角和瞬時切屑厚度模型,建立了不同的銑削力模型,研究了順、逆銑對刀具的受力變形和加工精度的影響；建立了刀具姿態(tài)對球頭刀受力變形影響的模型,研究了球頭刀刀具姿態(tài)對加工精度的影響。根據(jù)軌跡包絡(luò)成形原理,分析了在不同切削狀態(tài)(順銑、逆銑)下,平頭刀、球頭刀的表面殘留高度數(shù)學(xué)模型,分析了平頭刀直徑或球頭刀半徑、圓弧面曲率半徑、進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速對其殘留高度的影響,提出了通過改變加工方式、刀具傾角、刀具直徑、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度,可以改變加工表面的殘留高度,改變表面粗糙度。分析了兩種不同類型五軸機床(一傾斜工作臺一擺頭XKH800和雙轉(zhuǎn)臺Mikron HSM400u)的空間結(jié)構(gòu),建立了坐標(biāo)變換公式,解決了將工件坐標(biāo)系下的刀心坐標(biāo)和刀軸矢量通過繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)后,變換成機床坐標(biāo)系下坐標(biāo)的方法,即建立了兩臺機床的后置處理算法,并運用UG/Post Builder后置處理工具為兩臺五軸機床創(chuàng)建了專用的后置處理器,將刀位軌跡文件轉(zhuǎn)化成加工用的數(shù)控程序代碼,最后通過仿真和實際加工驗證了該算法和后處理器的正確。在VERICUT軟件中構(gòu)建了MIKRON HSM400u五軸機床的仿真環(huán)境,基于完整的數(shù)控加工工藝系統(tǒng)環(huán)境,進(jìn)行了模具型腔曲面的五軸數(shù)控加工仿真,比單純的刀位文件仿真更真實,更接近實際加工情況,解決了實際加工過程中的過切、欠切,以及刀具、工件與機床部件和夾具的碰撞問題,降低了生產(chǎn)成本,提高了工作效率。對模具深腔曲面的五軸數(shù)控加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化,提出了多目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計變量、約束條件和優(yōu)化算法實現(xiàn),對刀具軌跡進(jìn)行了優(yōu)化,確定了銑削方法、走刀方式、刀具姿態(tài)的選取原則,通過典型實例的加工,證實了優(yōu)化參數(shù)能夠在保證加工質(zhì)量的前提下,提高加工效率。最后分析了進(jìn)給速度對平面、凸(凹)圓弧順、逆銑殘留高度的影響,提出了基于恒表面粗糙度的進(jìn)給速度優(yōu)化策略。使用五軸數(shù)控機床進(jìn)行加工時,由于可以改變刀具姿態(tài)(即刀具傾角)和刀具軌跡,所以能夠縮短刀具伸長,提高刀具的剛性和加工精度,同時減少零件的裝夾次數(shù),減少放電加工,極大的提高加工效率,但是目前的深腔曲面五軸加工仍然存在讓刀變形較大、加工表面粗糙度不均勻等問題,限制了五軸機床的應(yīng)用。研究模具深腔曲面的五軸加工工藝,提高精密模具的制造加工水平,適應(yīng)了經(jīng)濟發(fā)展的需要,有重要的現(xiàn)實意義。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG547

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本文編號：2535503