文档介绍：北京航空航天大学
硕士研究生开题报告
典型高速加工策略下铣削过程
力学仿真算法及软件开发
研究生:
学号:
指导老师:
学科专业:
北京航空航天大学机械工程及自动化学院
20**-2-21
目录
1. 论文选题 1
课题来源 1
论文选题的背景及意义 1
2. 国内外研究现状分析 3
数控加工几何仿真国内外发展现状 3
数控加工物理仿真国内外发展现状 5
高速加工走刀策略发展现状 9
3. 论文研究方案 12
研究目标和内容 12
拟采取的技术路线 12
研究思路 12
典型高速加工策略分析 13
力学模型——平均铣削力模型 16
开发环境 17
可行性分析及创新点 19
技术可行性 19
实验可行性 20
可能创新点 20
预期的研究成果 20
4. 论文工作计划 22
5. 已完成工作 23
参考文献 25
论文选题
课题来源
本课题来源于教育部高校博士点基金《基于切削力学和机电耦合的数控机床优化设计》以及国防基础科研项目《面向全行业的数控加工工艺数据库研究》。
论文选题的背景及意义
1952年Parsons公司和MIT研制成功首台数控机床以后,传统制造模式逐步走向数字化制造。现代制造业对数控机床应用规模和需求的增长十分迅猛,在工业生产的各个制造部门,数控加工已经成为主要的加工方法,制造企业引进的数控机床的数量不断攀升,数控加工正在逐步取代传统的加工模式[1-2]。
与传统机械加工相比,数控加工更加适应现代中小批量生产的需求,加工效率更高,加工出零件质量更好。然而,数控机床价格昂贵,高档数控机床价格可达到上千万、甚至上亿。。目前我与国外相比有很大差异,部分企业机床利用率不到十分之一。即使是同样型号的机床,由于编程人员以及操作人员经验和水平的差异,机床利用率相差很多倍。数控机床利用率低下严重制约了我国制造业向前发展,同时造成了巨大的经济损失及资源浪费。
国内外制造企业为了提高数控机床的使用效率,普遍采用数控加工仿真技术。数控加工仿真技术是虚拟制造技术的前提,是实现未来虚拟化制造的必要手段。数控加工仿真包括几何仿真和物理仿真两大部分。几何仿真将加工系统视为理想刚性系统,不考虑加工过程中所产生的切削力、切削温度、刀具变形等物理量,只考虑加工过程中刀具的运动轨迹与工件形状。几何仿真主要用来进行NC代码验证,检验加工过程中是否发生欠切或过切,检验加工过程中可能出现的干涉、碰撞等情况。物理仿真更多地考虑加工过程中的各个物理量,通过建立加工系统的数学模型,预测加工中的切削力、切削温度、振动、刀具变形、表面形貌等影响加工质量的因素[2]。
在数控加工过程仿真中,由于几何仿真相对容易因此发展比较迅速,并产生了许多成熟的商品化软件,如UG、CATIA、Pro/E、CAXA、Vericut、Delcam、Cimatron等几何仿真软件。相反,加工过程复杂、涉及变量多、以及一些不确定因素的存在阻碍了物理仿真的发展。目前只有少数不很成熟的商品化软件,如加拿大的Cutpro、美国的MetalMax、美国的Thirdwave和国内的SimuCut。几何仿真与物理仿真长期以来独立发展,而实际加工过程不仅包含几何变化更是一个物理过程,只有将几何仿真与物理仿真有机结合起来才能更准确地反映加工过程、有效地指导用户进行生产。目前物理仿真软件中切削力模型都是在给定切削参数下计算加工过程的静态切削力或结合加工系统模态文件计算动态切削力。实际加工中,切削参数是不停变化的,即使名义切削参数不变,刀具实际切削用量也有所变化。如圆角铣削过程中,由于圆角的存在切宽不是恒定的。为了更准确地反映真实切削过程,必须考虑刀具切削过程中的轨迹,以及工件加工前后的形状。
由此可见,针对高速铣削加工过程优化要求,以基于加工特征的铣削过程力学仿真为基础,研究高速铣削加工中不同走刀策略下动态切削力的建模与仿真算法,在力学仿真中结合刀具轨迹的几何信息将几何与力学仿真进行进一步结合,为今后实现真正的虚拟加工、高效指导实际生产夯实基础。
2. 国内外研究现状分析
零件生产的理想过程如下图所示:首先设计部门通过CAD技术设计出产品的三维模型;依据经验与切削参数数据库设定加工工艺规程,选定加工参数,并利用CAM软件生成刀具轨迹,经后处理产生NC代码;通过几何仿真软件验证数控代码的正确性,预先排除加工过程中可能出现的过切、欠切以及干涉、碰撞等加工故障;通过物理仿真软件预测加工过程中切削力、主轴转矩、切削温度等的大小,对