【摘 要】
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精密物理实验、先进装备工程、智能制造等高新技术领域对具有区域周向低频起伏、局部曲率急变等复杂几何特征的类回转曲面零件不断提出新的需求。在诸多高性能制造技术中,精密车削由于其连续切削特性,易实现零件的高表面完整性和表面光洁度;同时,精密车床结构紧凑、刚度好,对关键零部件的高精高效加工发挥着日益重要的作用。随着机床技术的进步,一种基于慢刀伺服系统的新型车削创成方法逐渐适用于复杂曲面零件的精密制造。然而
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精密物理实验、先进装备工程、智能制造等高新技术领域对具有区域周向低频起伏、局部曲率急变等复杂几何特征的类回转曲面零件不断提出新的需求。在诸多高性能制造技术中,精密车削由于其连续切削特性,易实现零件的高表面完整性和表面光洁度;同时,精密车床结构紧凑、刚度好,对关键零部件的高精高效加工发挥着日益重要的作用。随着机床技术的进步,一种基于慢刀伺服系统的新型车削创成方法逐渐适用于复杂曲面零件的精密制造。然而,当前的慢刀伺服车削加工多采用传统统一参数整体加工方法,为确保加工质量符合要求,往往采用保守加工参数,加剧刀具磨损,引起加工质量分布不均匀等问题,制约了此类零件的进一步高质高效加工。而分区域变参数加工方法可以有效解决这类问题,且已有广泛的应用。然而,现有的分区加工方法多聚焦于一般的铣削加工中心,其区域分割准则极易破坏车削加工的连续性,且难以将复杂曲面的几何因素和加工过程中的物理因素相联系,缺少对区域刀具轨迹和工艺参数规划的指导。鉴于此,本文将面向慢刀伺服车削加工开展分区变参技术研究,提出了沿复杂曲面轴向和周向的不同区域分割方法以及相应的区域车削加工工艺规划方案,具体研究内容如下:(1)复杂曲面零件轴向分区域变加工参数工艺。以残高误差为约束,沿加工区域轴向生成等势线,建立加工势能场,计算势能场梯度,并由此构造残高误差均化系数,形成曲面轴向区域划分准则。根据等势线的分布特征生成区域刀具轨迹,通过修正局部刀触点实现区域间刀具轨迹拼接。以机床动态性能为约束,开展轴向区域变主轴转速设计。(2)复杂曲面周向分区域多次走刀加工方法。聚焦沿曲面周向的几何参数突变和区域工艺参数突变两大问题,基于非回转区域截面轮廓几何特征开展曲面周向加工区域分割。设计多次走刀车削加工工艺流程,生成单次走刀过程的加工轨迹。以实现刀具切入/切出过程的精确接刀为目标,对加工轨迹进行修正。(3)复杂曲面周向分区域变主轴转速加工方法。沿曲面周向建立截面轮廓曲线函数和机床进给曲线函数,基于傅里叶级数确立周向区域分割准则,并以此为依据进行周向子区域的正弦型主轴转速变化曲线设计。设计单次走刀流程加工轨迹并进行修正。本文提出的复杂曲面零件慢刀伺服车削分区变参加工方法可显著提高复杂曲面零件的区域加工精度和表面质量,有效确保加工过程中机床进给稳定性,全面提高复杂曲面零件慢刀伺服车削的加工质量与加工效率,丰富了分区变参加工方法的理论基础,具有显著的工程实用价值。
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