本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜曲面慢刀伺服車削數(shù)值模擬及工藝試驗研究

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【摘要】：慢刀伺服技術(shù)(Slow tool servo,STS)是一種新型的精密車削加工技術(shù),主要應(yīng)用于各種復(fù)雜曲面的車削加工,具有較高的加工精度和效率。歐美國家對該技術(shù)進(jìn)行了大量的研究,已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。而國內(nèi)(特別是大陸)相關(guān)的研究工作相對較晚,尚未形成加工能力。本文基于自主研發(fā)的慢刀伺服裝置,對復(fù)雜曲面慢刀伺服車削數(shù)值模擬和加工工藝開展了相關(guān)研究。首先,介紹了慢刀伺服技術(shù)的基本理論及研究現(xiàn)狀。針對其多用于復(fù)雜曲面加工的特點,對DEFORM-3D軟件進(jìn)行了二次開發(fā)�；贚agrange分段線性插值理論,采用Fortran語言編寫運動控制子程序,通過讀取不同曲面的離散刀位點坐標(biāo),實現(xiàn)了對復(fù)雜曲面慢刀伺服車削過程的有限元模擬仿真。其次,采用二次開發(fā)的軟件,建立了表面粗糙度預(yù)測模型。選用Johnson-Cook(JC)材料本構(gòu)方程、庫倫(Coulomb)摩擦力模型以及自適應(yīng)網(wǎng)格劃分等準(zhǔn)則建立了有限元仿真模型�；诒砻娲植诙鹊奈⒂^表現(xiàn),采用位移參數(shù)對加工后的表面粗糙度值進(jìn)行了預(yù)測,同時初步分析了不同車削加工條件對表面粗糙度的影響,并通過相應(yīng)的工藝試驗進(jìn)行了驗證。預(yù)測結(jié)果也為下文試驗設(shè)計過程中因素的選取提供了依據(jù)。為了獲取更加合理的工藝參數(shù)從而提高加工質(zhì)量,建立了加工工藝優(yōu)化模型�；陧憫�(yīng)曲面法(RSM)以及前文預(yù)測結(jié)果,設(shè)計工藝試驗,建立了多元二次回歸分析模型,并對模型進(jìn)行了優(yōu)化。采用優(yōu)化后的模型,分析了因素之間的交互作用以及對表面粗糙度的影響力大小。通過滿意度函數(shù)法進(jìn)行優(yōu)化求解,得出了最優(yōu)工藝參數(shù)組合:刀具圓弧半徑0.88mm,進(jìn)給速度5μm/r,背吃刀量5μm,主軸轉(zhuǎn)速200r/min,離散角2°。利用該組參數(shù)進(jìn)行加工試驗,相比未優(yōu)化時的加工工件,表面質(zhì)量有了較大的提高,證明了該模型的實用性。最后,建立了球面、漸進(jìn)多焦點曲面兩種典型曲面的數(shù)學(xué)模型。通過慢刀伺服車削試驗,進(jìn)一步驗證了前文的理論。
【關(guān)鍵詞】：慢刀伺服 復(fù)雜曲面 數(shù)值模擬 二次開發(fā) 預(yù)測 響應(yīng)曲面 參數(shù)優(yōu)選
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG51
【目錄】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題背景及研究意義9-11
• 1.2 慢刀伺服車削技術(shù)原理及研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 慢刀伺服車削基本原理11-12
• 1.2.2 慢刀伺服車削研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 研究目的及主要研究內(nèi)容14-17
• 第二章 復(fù)雜曲面慢刀伺服車削數(shù)值模擬17-33
• 2.1 慢刀伺服數(shù)值模擬基礎(chǔ)理論17-18
• 2.1.1 有限元法17-18
• 2.1.2 DEFORM-3D軟件18
• 2.2 二次開發(fā)技術(shù)18-22
• 2.2.1 自定義數(shù)據(jù)19-20
• 2.2.2 二次開發(fā)模塊20-22
• 2.3 運動控制子程序開發(fā)22-32
• 2.3.1 速度計算22-26
• 2.3.2 刀觸點軌跡離散26-28
• 2.3.3 環(huán)曲面數(shù)據(jù)文件生成28-31
• 2.3.4 程序編譯31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 慢刀伺服車削表面粗糙度預(yù)測33-47
• 3.1 有限元建模33-39
• 3.1.1 剛塑性有限元理論及分析流程33-34
• 3.1.2 幾何模型34-35
• 3.1.3 材料本構(gòu)方程35-37
• 3.1.4 網(wǎng)格劃分37-38
• 3.1.5 摩擦力模型38-39
• 3.1.6 分離準(zhǔn)則39
• 3.2 表面粗糙度預(yù)測39-44
• 3.2.1 預(yù)測機(jī)理39-40
• 3.2.2 結(jié)果及分析40-44
• 3.3 試驗驗證44-45
• 3.3.1 試驗裝置44-45
• 3.3.2 試驗結(jié)果45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 慢刀伺服車削工藝優(yōu)化47-59
• 4.1 響應(yīng)曲面法簡介47-48
• 4.2 試驗設(shè)計及試驗結(jié)果48-51
• 4.2.1 試驗設(shè)計48-50
• 4.2.2 試驗結(jié)果50-51
• 4.3 響應(yīng)曲面法建模及模型優(yōu)化51-53
• 4.3.1 模型建立51-52
• 4.3.2 模型優(yōu)化52-53
• 4.4 結(jié)果分析與討論53-58
• 4.4.1 模型檢驗53-55
• 4.4.2 交互項分析55
• 4.4.3 擾動分析55-56
• 4.4.4 參數(shù)優(yōu)化及試驗驗證56-58
• 4.5 本章小結(jié)58-59
• 第五章 典型曲面慢刀伺服車削試驗59-67
• 5.1 慢刀伺服數(shù)控工藝軟件59
• 5.2 球面加工試驗59-61
• 5.2.1 工件尺寸及工藝參數(shù)59-60
• 5.2.2 加工結(jié)果與分析60-61
• 5.3 漸進(jìn)多焦點曲面加工試驗61-65
• 5.3.1 漸進(jìn)多焦點曲面數(shù)學(xué)模型61-64
• 5.3.2 工件尺寸及工藝參數(shù)64-65
• 5.3.3 加工結(jié)果與分析65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第六章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 工作總結(jié)67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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本文編號：777010