平面及斜面拐角高速铣削的力与粗糙度研究

【摘要】在模具行业的发展中,复杂型腔模具高速加工已经成为汽车、航天航空及医疗器械等高精密行业不可或缺的。复杂型腔模具的一个显著特点是型腔中有很多呈现多样化和不规则性的拐角。在型腔拐角高速切削的过程中,由于型腔拐角的复杂多样,在刀具经过拐角处时,刀具和工件的啮合区域会突然增大,造成切削力瞬间增大及机床和工件的振动增大,影响到拐角处的加表面质量精度。因此在型腔拐角高速加工试验中,对拐角高速铣削工艺的研究有重要的意义。本文采用P20模具钢作为加工材料,通过理论和试验分析研究平面上及30°斜面上的拐角高速铣削的力及内拐角面三维粗糙度。首先制定和分析平面上及30°斜面上拐角高速铣削的走刀路线。针对三维面粗糙度描述表面形貌的特点进行详细的说明,并采用OLYMPUS激光共聚焦显微镜,通过调节截止波长、物镜倍率、测量视场和过滤参数等,完成对三维面粗糙度的表征作用。为后续三维表面质量的检测奠定基础。在分析了平面拐角高速铣削力的基础上,通过正交试验来研究铣削速度、主轴转速、径向切深和轴向切深等参数对平面上30°、45°、60°和75°拐角高速铣削加工中内拐角面的三维粗糙度的影响关系。然后,针对30°斜面上内拐角切削力及三维粗糙度,用正交试验法研究轴向切深、径向切深、主轴转速和进给速度四个切削参数对内拐角处切削力及三维面粗糙度的影响规律,采用偏最小二乘回归法建立了基于切削参数的铣削力和表面粗糙度预测模型,并验证了预测模型的显著性及有效性。通过几何分析法对30。斜面上内拐角铣削底平面残余高度进行数学建模,深入研究底平面的表面形貌,再经过单因素试验研究铣削参数对30°斜面内拐角铣削底平面线粗糙度的影响规律。基于建立的30°斜面上的内拐角铣削力及三维表面粗糙度的预测模型上,建立了以最高金属切削率为目标并以铣削力和表面粗糙度为约束条件的优化数学模型及以内拐角处铣削力和三维表面粗糙度为双目标的优化数学模型,采用遗传算法,结合MATLAB遗传算法工具箱,对上述的单目标和双目标进行铣削参数的优化。
【作者】钟文斌；
【导师】吴世雄；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】拐角；高速加工；三维面粗糙度；铣削力；参数优化；

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