狹長勺型結構件高效插銑加工穩定性預測與刀具設計

《狹長勺型結構件高效插銑加工穩定性預測與刀具設計》是依託哈爾濱理工大學，由翟元盛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：狹長勺型結構件高效插銑加工穩定性預測與刀具設計
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：翟元盛
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

水電能源行業在國家戰略性新興產業發展規劃中占有重要地位，其中國內對整體數控加工水輪機轉輪的關鍵零部件製造加工技術尚不完善。針對多約束狹長勺型結構類零部件（如水斗）面臨高效插銑加工問題：如刀柄懸伸長（長度與直徑比已超過14:1）容易引起加工顫振、加工過程容易干涉和加工輪廓誤差不易控制等，本項目開展以下研究：進行該類型件插銑加工區域建模和刀位軌跡幾何建模及其仿真；實現考慮偏心效應的銑削力導致刀具偏移及其振動引起的綜合輪廓誤差的預測；進行考慮偏心效應的高效插銑加工顫振穩定域的研究；以典型件加工輪廓誤差控制為目的，進行刀具幾何結構的最佳化設計。通過上述的研究，在顫振穩定域內插銑加工出符合輪廓誤差要求的零部件。從而形成具有自主智慧財產權的新工藝新方法及新型刀具設計技術，為我國水輪機組轉輪的整體數控加工提供理論指導及實用技術支持。

結題摘要

針對大型異型曲面狹窄空間插銑加工時，將可行加工域與插銑刀位軌跡進行規劃，使粗加工材料去除量達到最大化；插銑刀具的長徑比過大易引起顫振進行插銑過程穩定性研究。 首先，轉輪水斗進刀空間狹窄，研究數控加工走刀路線生成，對加工程式進行干涉碰撞仿真檢查。研究轉輪水斗內表面型面特點，將球頭刀路等殘留高度法套用到插銑加工，套用插銑加工分層理論制定插銑加工刀路軌跡規劃。根據工具機運動直線型加減速度和S型加減速控制法，建立插銑加工過程時間模型，套用遺傳算法最佳化插銑加工切削參數，加工效率提高25%。 其次，基於剛性力學原理建立插銑的銑削力模型，即將插銑刀底刃離散成微元來求微元的切削力，併疊加成插銑的銑削力。根據插銑銑削力係數辨識模型，對銑削力進行仿真預測，插銑試驗辨識銑削力係數。基於離散傅立葉變換研究在強迫振動下的表面位置誤差形成機理，理論和試驗研究切削參數和刀具結構參數對表面位置誤差影響。 再次，建立插銑三自由度動力學模型及考慮再生效應的插銑切厚模型，對大長徑比的插銑系統試驗模態分析，識別加工系統的模態參數，並進行插銑時域仿真。基於半離散法對動力學模型求解，得到銑顫振穩定域預測圖。仿真研究插銑加工系統動態特性對穩定域的影響，結果表明提高插銑系統的固有頻率、阻尼比和剛度均能提高插銑過程的穩定性。變切深插銑試驗結果表明取最大李雅普諾夫指數閾值0.6為插銑穩定性判據。 最後，進行插銑刀主偏角參數化設計，仿真研究插銑刀主偏角和刀尖前角對加工變形的影響。基於蒙特卡羅方法最佳化插銑刀刀齒間距角度，試驗研究表明不等齒距插銑刀比等齒距的插銑刀減小銑削力、降低銑削振動和減輕刀具磨損。基於大變形彈塑性有限元理論研究刀具刃口結構對切削溫度和刀具磨損影響，同時研究插銑刀的刀尖前角對銑削溫度、銑削力和刀具應力影響。基於插銑刀後刀面磨粒、粘結和擴散磨損機理，試驗表明插銑刀具後期以擴散磨損為主。