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1、基于熱力耦合的微細(xì)銑削加工變形仿真及試驗研究張臣宏2015年12月中圖分類號：TH161UDC分類號：621.7基于熱力耦合的微細(xì)銑削加工變形仿真及試驗研究作者姓名張臣宏學(xué)院名稱機械與車輛學(xué)院指導(dǎo)教師焦黎副教授答辯委員會主席王西彬教授申請學(xué)位工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)機械工程學(xué)位授予單位北京理工大學(xué)論文答辯日期2015年12月31日SimulationandExperimentalStudyofMicroMillingMachiningDeformationBasedonThermal-MechanicalCouplingCandidateName：Zha
2、ngChenhongSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:A.Prof.JiaoLiChair,ThesisCommittee：Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December31,2015研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在
3、指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京理工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對此研究工作所做的任何貢獻均已在學(xué)位論文中作了明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名：日期：北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著科技的發(fā)展與社會的進步，高精度微小零件得到廣泛應(yīng)用。作為微小零件制造重要的技術(shù)之一，微細(xì)銑削技術(shù)的加工性能與檢測分析手段受到了廣泛的關(guān)注。微細(xì)銑削過程中，切削熱與溫度場分布對工件、刀具以及切削過程有重要的
4、影響，因此，進行微細(xì)銑削切削溫度場動態(tài)模擬以及切削溫度對工件加工變形、已加工表面粗糙度影響的研究對微細(xì)銑削加工技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。本文針對這一問題，以微小型零件為研究對象，基于微細(xì)切削加工機理，從微細(xì)切削加工中的熱傳導(dǎo)規(guī)律以及工件溫度場分布著手，以期實現(xiàn)對微細(xì)切削條件下切削產(chǎn)熱規(guī)律和工件加工精度演變的理解掌握。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)基于熱源法原理對銑削傳熱過程進行了分析，根據(jù)溫度場疊加原理建立銑削傳熱學(xué)簡化模型。將復(fù)雜的銑削傳熱過程簡化為有限大面熱源問題，建立了工件模型在剪切面熱源作用下的溫度場求解模型，同時建立其在絕熱
5、邊界條件下的鏡像熱源溫度場求解模型。同時，在反求法的基礎(chǔ)上，利用MATLAB編程數(shù)值計算得到任意切削參數(shù)下的剪切面熱源強度值。該熱源強度值一方面作為理論模型的已知參數(shù)計算得到工件上任意位置的瞬時溫度值，另一方面，該值將作為有限元仿真模型的切削熱載荷。為了驗證模型的有效性，還設(shè)計了微細(xì)銑削試驗，在試驗過程中用熱電偶測量了工件加工表面附近的某一點的溫度值，利用該點溫度值反求得到剪切面的熱源強度值和工件加工區(qū)域任意位置的溫度場。同時將測量溫度和理論預(yù)測結(jié)果進行對比，結(jié)合實際切削過程進行誤差分析。(2)運用有限元通用軟件ABAQUS建立不同切削參數(shù)下的工
6、件溫度場仿真預(yù)測模型。數(shù)值計算得到的面熱源強度值將作為有限元模型的切削熱載荷，在每一個時間步長內(nèi)將計算得到的熱載荷作用于該瞬時切削區(qū)域單元上，當(dāng)切削熱載荷移動至下一瞬時切削區(qū)域時，對前一步所加載的切削熱載荷進行卸載操作；另外，利用單元殺死技術(shù)模擬了銑削材料去除的過程，實現(xiàn)了銑削過程在時間和空間上離散。最終與試驗測量溫度值進行比較，驗證仿真模型的準(zhǔn)確性。(3)搭建微細(xì)銑削試驗平臺，該試驗平臺主要用于微細(xì)銑削三向力和瞬時溫度的I北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文在線測量。通過設(shè)計不同參數(shù)下的槽銑試驗，采集得到各切削參數(shù)下的切削力數(shù)據(jù)并簡要分析了切削參數(shù)對銑削力
7、的影響規(guī)律，同時采集得到不同切削參數(shù)下的瞬時溫度值，分析了切削參數(shù)對銑削溫度影響規(guī)律，并與仿真溫度值和計算溫度值進行了對比，驗證了仿真模型和溫升理論模型的準(zhǔn)確性。(4)利用基恩士和白光干涉儀測量了工件加工后的加工變形值和加工精度值，討論了主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和軸向切削深度不同切削參數(shù)下槽的變形值和槽底面表面粗糙度值的變化規(guī)律，以切削力和切削溫度作為兩個主要的影響因素，分析了工件變形和加工精度變化的原因，為實際的銑削加工提供參數(shù)選取的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：微細(xì)切削，切削熱，溫度場預(yù)測，加工變形，表面粗糙度II北京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTWit
8、hthetechnologydevelopmentandsocialprogress,high-precisionmicro-parts
