述说航空薄壁件刀具偏摆数控补偿加工。
一、引言
航空薄壁零件主要由侧壁和腹板组成,其结构复杂、体积较大、相对刚度较低,故加工工艺性差。在切削力、装夹力、切削振颤等因素作用下,易发生加工变形,不易控制加工精度和提高加工效率。加工变形和加工效率问题成为薄壁零件加工的重要约束问题。目前,国内外的相关研究为薄壁件加工精度控制提供了一些理论指导。
一些文献从加工工艺系统的整体刚性角度考虑,提出了充分利用零件的整体刚性加工薄壁零件的思想；有的文献从机床联动主轴数方面着手,提出了平行双主轴精度控制方案；有的文献从装夹系统方面考虑,提出了利用低融合金填充或使用真空夹具精加工薄壁零件的方法；有的文献从切削用量方面考虑,提出了变进给加工的方法；有的文献从有效补偿加工变形的思想出发,提出了薄壁零件加工变形分析及控制方案,对如何进行铣削精度控制提出了一些建议。
本文继承了最后提及文献的思想,即通过试验设计,有限元分析去研究铣削过程中薄壁零件及刀具的倾斜机理；在其研究的基础上,通过实验手段,分析和验证了刀具偏摆数控补偿方案。实验结果表明,刀具偏摆数控补偿加工方案有效地控制了薄壁件的加工精度,提高了加工效率,是一种方便、高效的加工方法。
二、刀具偏摆数控补偿方案
刀具偏摆数控补偿技术,即是在有限元分析基础上,根据模拟分析加工变形的大小,在数控编程时让刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加连续偏摆,补偿因变形而产生的让刀量。通过刀具偏摆数控补偿,可以将让刀残余材料切除,一次走刀即可保证薄壁件壁厚精度,从而达到高效、经济、优质加工薄壁零件的目的。其基本思想即通过建立受力模型、变形模型及数控补偿模型得到数控补偿方案,从而保证薄壁件加工精度要求。因此,切削力模型和变形模型是精确实现刀具偏摆数控补偿技术的基础,而精确的变形分析又依赖于准确的载荷模型。因此必须通过切削力实验,建立准确的铣削力模型；然后,在精确迭代分析加工变形的基础上,实施有效的刀具偏摆数控补偿加工。
(一)切削力的计算
在实施刀具偏摆数控补偿加工之前,首先要知道零件的加工变形量,即利用有限元技术对工件进行加工变形分析；而精确的变形分析又依赖于准确的载荷模型(切削力、装夹力、定位约束等),其中关键是切削力的计算。不同的刀具及加工方法,有不同的切削力计算方法。在航空薄壁零件的加工中,以螺旋立铣刀加工居多。而对于螺旋立铣刀的受力模型,以沿着刀具螺旋线作空间状态分布的铣削力模型为最佳。
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