【摘 要】
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螺纹干式旋铣是一种适用于螺纹工件批量生产的典型绿色切削加工工艺,在高档精密数控机床行业乃至大型装备制造业的高品质螺纹成形加工中有着广阔的应用场景。在螺纹干式旋铣加工过程中,切削加工区域产生的高温会对工件残余应力产生影响,而工件残余应力最终会影响螺纹工件在使用过程中的疲劳寿命与耐腐蚀性。目前在切削温度与残余应力等方面的研究主要集中在传统切削加工工艺,而针对具有多刃断续成形特性的螺纹干式旋铣方面的研究
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螺纹干式旋铣是一种适用于螺纹工件批量生产的典型绿色切削加工工艺,在高档精密数控机床行业乃至大型装备制造业的高品质螺纹成形加工中有着广阔的应用场景。在螺纹干式旋铣加工过程中,切削加工区域产生的高温会对工件残余应力产生影响,而工件残余应力最终会影响螺纹工件在使用过程中的疲劳寿命与耐腐蚀性。目前在切削温度与残余应力等方面的研究主要集中在传统切削加工工艺,而针对具有多刃断续成形特性的螺纹干式旋铣方面的研究仍很匮乏,尤其缺乏对其时变切削温度场以及螺纹工件表面与亚表面残余应力的基础理论研究方面。为此,论文以螺纹干式旋铣工艺为研究对象,构建切削加工区域时变切削温度模型,研究残余应力的生成机理。论文研究内容如下:（1）分析螺纹干式旋铣多刃断续成形工艺特性。基于多刃断续几何成形特性,对螺纹干式旋铣第一切削阶段与第二切削阶段未变形切屑的二维几何时变特性进行建模。在此基础上,对螺纹干式旋铣动态切削力特性、时变热源特性以及表面形貌特征进行分析。通过切削力实验与表面形貌测量实验,对动态切削力预测结果与表面形貌预测结果进行验证。（2）针对螺纹干式旋铣时变断续切削特性,建立一种基于时变热源与动态切削力影响的加工区域切削温度场解析模型。在未变形切屑二维几何时变特性与时变热源特性分析的基础上,分别建立剪切区与刀屑摩擦区的时变热源模型。进一步结合动态切削力特性,构建螺纹干式旋铣加工区域工件-刀具-切屑的时变温度场模型;并基于切削温度实验,对时变温度模型预测结果进行验证。（3）综合考虑力热与表面形貌对残余应力的影响,构建残余应力机理模型并提出优化策略。基于建立的动态切削力与时变温度场模型,对螺纹工件表面形貌不同位置处的机械应力与热应力进行分析,建立螺纹干式旋铣加工过程中受工件表面形貌影响的残余应力机理模型。在此基础上,通过分析应力加载与应力释放过程,对螺纹工件表面与亚表面残余应力分布进行分析;进一步对残余应力的影响因素进行分析,并提出工艺参数优化策略。（4）针对机理建模方法对残余应力进行预测时所存在的预测精度不高的问题,提出一种螺纹干式旋铣残余应力的经验预测方法。在对影响螺纹干式旋铣残余应力的多工艺参数进行解析的基础上,开展螺纹干式旋铣残余应力测量实验。采用经验建模方法对螺纹工件表面残余应力与平均残余应力进行预测,进而对BP神经网络、径向基函数神经网络与支持向量机3种数据驱动方法的预测性能进行对比分析。
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