铣削钛合金加工误差形成机理及其分布特性研究
Study on Formation Mechanism of Machining Errors in Milling Titanium Alloy and Its Distribution Characteristics
大型钛合金结构件是构成飞机机体骨架的主要零件,因此对其加工精度要求较高.立铣刀是加工钛合金结构件的主要刀具.在铣削过程中由于受刀齿误差、振动、切削刃磨损等多因素的影响下,加工误差沿刀具进给方向的分布具有多样性.因此研究铣削过程中加工误差的形成机理及其分布特性具有重要意义.本文在国家自然科学基金项目"高能效铣刀非线性摩擦动力学磨损多尺度耦合作用机理(51875145)"和成都飞机工业(集团)有限责任公司企业合作项目"大型钛合金结构件铣削刀具寿命精确控制技术"支持下,进行加工误差的形成过程及其控制方法的研究.为揭示铣削钛合金工件表面的加工误差的变化特性,采用直径20mm整体硬质合金立铣刀,进行铣削钛合金实验,获得铣削振动、刀齿误差和切削刃磨损影响下的钛合金铣削加工表面;依据加工表面三坐标测量结果和国家标准GB/1182-2008,采用三远点法解算铣削加工误差;采用等间距法,沿铣刀进给方向获取不同位置处的加工表面局部区域的形状、位置、尺寸误差,揭示铣削钛合金加工误差的变化过程;采用二元高次多项式拟合方法,构建加工误差分布函数,定量描述铣削钛合金过程中加工误差的变化特性.构建了刀齿误差、切削刃磨损以及铣削振动对铣削加工表面影响分析模型.为了揭示铣削加工误差的形成过程,建立刀齿误差、铣削振动条件下的立铣刀及其刀齿的切削运动参考系,揭示工件、刀齿之间的瞬时切削运动关系,提出刀齿切削运动轨迹,与瞬时切削位置角的求解方法.研究刀齿加工过渡表面动态形成过程,建立铣削加工误差形成过程解算模型,揭示加工误差形成过程的动态特性及其控制变量,结合仿真实例与实验结果,验证该模型的有效性.为揭示铣削振动对加工误差的影响,采用直径20mm整体硬质合金立铣刀和径向分层切削方法进行铣削钛合金振动实验,获取多次分层切削的铣削振动时域信号,分析沿铣刀进给、铣削深度和铣削宽度三个方向上铣削振动的变化;采用加工表面几何误差形成过程解算模型,研究铣削振动作用下加工误差沿铣刀进给方向的分布特性;采用改进的灰色关联分析算法,通过铣削振动时域特征参数与加工表面形状、位置、尺寸误差关联分析,揭示铣削振动对加工误差形成过程的影响特性.针对铣削大型钛合金结构件的工艺需求,依据铣削钛合金加工误差形成过程变化特性,建立加工误差分布一致性的评价模型;分析刀齿误差、铣削参数、切削刃磨损对加工误差及其分布的影响特性;采用铣削加工表面几何误差形成过程解算模型,提出立铣刀切削钛合金工艺设计方法,结合仿真与结果,进行工艺设计方案评判.
- 作者：
- 于博
- 学位授予单位：
- 哈尔滨理工大学
- 专业名称：
- 机械制造及其自动化
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 姜彬
- 中图分类号：
- V261；TG54；TG146.23
- 关键词：
- 立铣刀；铣削振动；刀齿误差；切削刃磨损；瞬时切削行为；加工误差
- End milling cutter; Milling vibration; Cutter tooth error; Cutting edge wear; Instantaneous cutting behavior; Machining error;