本文關(guān)鍵詞：汽車模具銑削加工系統(tǒng)動力學及工藝規(guī)劃

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【摘要】：汽車覆蓋件模具的加工精度和加工效率直接影響了汽車生產(chǎn)與換型周期,其材料多為Cr12Mo V和7Cr Si Mn MoV,屬于典型高強度、高硬度材料。本文以汽車模具銑削加工系統(tǒng)為研究對象,進行動力學特性、銑削穩(wěn)定性和綜合剛度場的建模與分析,并規(guī)劃穩(wěn)定銑削加工工藝,具體如下:主軸系統(tǒng)動力學特性直接影響銑削穩(wěn)定性。為了準確建立主軸系統(tǒng)動力學模型,考慮主軸系統(tǒng)銑削狀態(tài)下產(chǎn)生的軸向銑削力和離心力的影響,建立主軸結(jié)合面接觸剛度解析模型,并引入到主軸系統(tǒng)動力學特性模型中,得到了主軸系統(tǒng)動力學特性變化規(guī)律。然后,考慮主軸系統(tǒng)動力學特性采用頻域法進行銑削穩(wěn)定性預測,分析主軸旋轉(zhuǎn)引起的離心力、軸向銑削力和刀具參數(shù)對銑削穩(wěn)定域的影響,最后進行銑削實驗,證明了主軸系統(tǒng)動力學特性和銑削穩(wěn)定性預測在考慮結(jié)合面和離心力的影響下預測結(jié)果更為準確。綜合刀柄-刀具子系統(tǒng)和工件子系統(tǒng)動態(tài)特性建立刀具-工件系統(tǒng)綜合動剛度模型,基于刀柄-刀具子系統(tǒng)的有限元動力學模型,分析主軸轉(zhuǎn)速、刀具懸伸量等參數(shù)對刀柄-刀具子系統(tǒng)動剛度的影響規(guī)律。建立工件子系統(tǒng)有限元動力學模型,分析工件型面曲率和加工位置等因素對工件子系統(tǒng)動剛度的影響規(guī)律�；诘毒�-工件系統(tǒng)的綜合動剛度模型,研究在模具不同曲率、不同加工位置時,刀具-工件的綜合動剛度分布規(guī)律,并提出表征整體工藝系統(tǒng)綜合動剛度性能的強化指標,來描述模具加工系統(tǒng)動剛度較高的頻率區(qū)間。然后考慮刀具-工件加工系統(tǒng)動力學特性采用頻域法建立三維銑削穩(wěn)定性模型,分析工件型面曲率和銑削加工位置對銑削顫振穩(wěn)定域的影響規(guī)律,并進行銑削實驗進行驗證。以四軸數(shù)控加工中心為例,研究刀具的空間位姿(姿態(tài)與位置)的變化對具有凸曲面及陡立面等特征的模具加工系統(tǒng)綜合剛度場的影響,進行相應的分析與評價。首先在模具表面選取需分析的關(guān)鍵點,在獲得工件材料特性及形狀尺寸的前提下,通過有限元獲取這些點的剛度矩陣;其次,針對該模具的加工系統(tǒng),對綜合剛度場分析方面所需要的參數(shù)進行測量;再次,利用系統(tǒng)剛度場半解析計算方法,依據(jù)多體小變形理論,通過雅克比矩陣、點傳遞矩陣、有限元等方法對系統(tǒng)的綜合剛度場進行建模;最后,通過引入空間力橢球?qū)ζ溥M行解耦,并選取力橢球不同的幾何特性參數(shù)作為剛度性能指標,進行綜合剛度場分析,從而獲得加工系統(tǒng)在該刀具空間位姿下的綜合剛度性能分布規(guī)律。綜合考慮汽車模具加工工藝系統(tǒng)剛度場和銑削顫振穩(wěn)定性進行典型汽車模具加工工藝規(guī)劃�；诰C合剛度場和力橢球分析,進行刀具姿態(tài)選定和刀尖點變形誤差分析,并通過刀具路徑補償方法進行刀尖點變形補償;然后以無顫振穩(wěn)定銑削、動態(tài)加工位置誤差、刀具變形為約束條件,以最大材料去除率和表面粗糙度為目標函數(shù),進行加工工藝參數(shù)優(yōu)化。最后進行典型汽車模具銑削加工實驗,證明經(jīng)過穩(wěn)定銑削工藝規(guī)劃的模具型面加工精度有所提高,可見以汽車模具銑削過程動力學分析為理論依據(jù)的工藝規(guī)劃更加科學有效。
【關(guān)鍵詞】：汽車模具 模具加工系統(tǒng) 動力學特性 銑削穩(wěn)定性 綜合剛度場 工藝規(guī)劃
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U466;TG54
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-16
• 第1章 緒論16-30
• 1.1 課題研究的背景和意義16-20
• 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀20-28
• 1.2.1 主軸系統(tǒng)動力學特性的研究現(xiàn)狀20-21
• 1.2.2 銑削顫振穩(wěn)定性預測的研究現(xiàn)狀21-24
• 1.2.3 加工工藝系統(tǒng)剛度場的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.2.4 汽車模具銑削工藝優(yōu)化的研究現(xiàn)狀26-28
• 1.3 課題來源及研究的內(nèi)容28-30
• 第2章 考慮結(jié)合面的主軸系統(tǒng)動力學特性研究30-56
• 2.1 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件的動力學建模30-33
• 2.2 主軸結(jié)合面的動力學建模33-41
• 2.2.1 考慮軸向銑削力的主軸結(jié)合面剛度計算36-40
• 2.2.2 考慮離心力的主軸結(jié)合面剛度計算40-41
• 2.3 主軸系統(tǒng)的整體動力學建模41-42
• 2.4 主軸系統(tǒng)的固有頻率42-43
• 2.4.1 考慮軸向銑削力的主軸系統(tǒng)固有頻率42
• 2.4.2 考慮離心力的主軸系統(tǒng)固有頻率42-43
• 2.5 主軸系統(tǒng)頻響函數(shù)分析43-48
• 2.5.1 考慮軸向銑削力的主軸系統(tǒng)頻響函數(shù)44-45
• 2.5.2 考慮離心力的主軸系統(tǒng)頻響函數(shù)45-46
• 2.5.3 考慮預緊力和刀具參數(shù)的主軸系統(tǒng)頻響函數(shù)46-48
• 2.6 考慮主軸動力學特性的銑削穩(wěn)定性48-51
• 2.6.1 考慮離心力的銑削穩(wěn)定域49-50
• 2.6.2 考慮軸向銑削力的銑削穩(wěn)定域50
• 2.6.3 考慮刀具直徑的銑削穩(wěn)定域50-51
• 2.7 實驗驗證51-54
• 2.8 本章小結(jié)54-56
• 第3章 模具加工系統(tǒng)動力學特性及銑削穩(wěn)定性分析56-78
• 3.1 模具加工系統(tǒng)綜合動剛度建模56-62
• 3.1.1 綜合動剛度建模56-57
• 3.1.2 刀柄-刀具子系統(tǒng)動剛度57-60
• 3.1.3 工件子系統(tǒng)動剛度60-62
• 3.2 模具加工系統(tǒng)綜合動剛度分析62-64
• 3.2.1 考慮加工位置的綜合動剛度62-63
• 3.2.2 考慮型面曲率的綜合動剛度63-64
• 3.3 模具零件三維銑削穩(wěn)定性模型64-70
• 3.4 模具零件的動力學特性對銑削穩(wěn)定域的影響70-74
• 3.4.1 考慮加工位置的銑削穩(wěn)定域70-72
• 3.4.2 考慮型面曲率的銑削穩(wěn)定域72-73
• 3.4.3 考慮工件材料硬度的銑削穩(wěn)定域73-74
• 3.5 實驗驗證74-77
• 3.6 本章小結(jié)77-78
• 第4章 模具加工系統(tǒng)綜合剛度場建模與分析78-97
• 4.1 模具加工系統(tǒng)的各部件剛度建模78-85
• 4.1.1 工件剛度建模80-82
• 4.1.2 刀具剛度建模82-83
• 4.1.3 主軸-刀具結(jié)合面剛度建模83
• 4.1.4 擺頭關(guān)節(jié)剛度建模83-84
• 4.1.5 橫梁剛度建模84-85
• 4.2 四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場85-89
• 4.2.1 四軸加工系統(tǒng)運動鏈模型85-87
• 4.2.2 四軸加工系統(tǒng)綜合剛度場的建模87-89
• 4.3 模具加工系統(tǒng)綜合剛度場分析89-94
• 4.3.1 考慮刀具姿態(tài)的綜合剛度場89-91
• 4.3.2 考慮子系統(tǒng)剛度特性的綜合剛度場91-94
• 4.4 實驗驗證94-96
• 4.5 本章小結(jié)96-97
• 第5章 基于穩(wěn)定性和剛度場的模具銑削工藝規(guī)劃97-111
• 5.1 穩(wěn)定銑削的工藝規(guī)劃97-105
• 5.1.1 基于綜合剛度場的刀具姿態(tài)選定和加工誤差分析97-101
• 5.1.2 基于穩(wěn)定性的銑削工藝參數(shù)優(yōu)化101-104
• 5.1.3 穩(wěn)定銑削綜合工藝規(guī)劃104-105
• 5.2 汽車模具穩(wěn)定銑削數(shù)控加工工藝105-107
• 5.3 典型汽車模具銑削加工實驗107-110
• 5.3.1 實驗加工方案107-108
• 5.3.2 實驗結(jié)果對比分析108-110
• 5.4 本章小結(jié)110-111
• 結(jié)論111-114
• 參考文獻114-123
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文123-124
• 致謝124

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