插铣加工技术及其应用

本书以冲击式水轮机转轮水斗作为狭长勺型类结构件的研究对象，以转轮水斗的结构特征和加工质量要求为依据，研究其刀具三维造型技术、整体四坐标加工工艺分析、数控加工走刀路线生成及加工仿真，并且对生成的加工程序进行干涉碰撞仿真检查，最终形成较为完善的转轮水斗整体式数控加工技术。具体研究内容为：运用UG软件对转轮水斗进行三维建模，生成三维实体模型。针对转轮水斗的结构特征，设计转轮水斗的整体四坐标数控加工方案。根据规划好的转轮水斗工艺方案，运用UG软件对转轮水斗进行计算机仿真加工，运用VERICUT软件对生成的水斗加工程序进行仿真，进行切削参数的优化，以达到提高实际加工效率的目的。

前言
第1章 插铣加工基本原理及其研究现状 1
1.1 插铣加工的基本原理 1
1.2 插铣加工关键技术的研究现状 2
1.2.1 插铣刀具的研究现状 2
1.2.2 插铣力学的研究现状 3
1.2.3 铣削稳定性边界判别算法的研究现状 4
1.2.4 刀路轨迹规划的研究现状 6
1.2.5 插铣加工在转轮水斗整体数控加工技术中的应用现状 7
1.3 插铣加工的主要研究内容 9
第2章 插铣刀具及刀柄设计 11
2.1 基于UG平台的参数化设计 11
2.1.1 刀尖前角设定 12
2.1.2 主偏角设置 13
2.2 插铣刀具参数化设计过程 13
2.2.1 Menuscript菜单设计 13
2.2.2 UIStyler对话框设计 13
2.2.3 使用VC++建立应用程序框架 14
2.2.4 使用UG/Open GRIP编写插铣刀具参数化设计程序 15
2.2.5 插铣刀具建模过程 16
2.3 插铣刀具性能的有限元分析 17
2.3.1 主偏角对插铣刀具的静力分析 17
2.3.2 刀尖前角对插铣刀具的静力分析 18
2.3.3 插铣刀具的模态分析 20
2.4 抑振刀柄设计理论研究 20
2.4.1 抑振刀柄设计原理 20
2.4.2 刀柄结构动力学模型 21
2.5 不同内孔直径刀柄插铣刀具分析 25
2.5.1 不同内孔直径刀柄插铣刀具的静力分析 25
2.5.2 频响分析的介绍和方法 26
2.5.3 刀柄内孔直径对刀尖频率响应的影响 26
2.5.4 抑振刀柄试验测试验证 28
2.6 本章小结 30
第3章 插铣加工过程力学模型 32
3.1 插铣瞬时铣削力建模 33
3.2 插铣铣削力系数辨识 39
3.2.1 Cr13不锈钢插铣铣削力系数模型 39
3.2.2 Cr13不锈钢插铣铣削力系数辨识试验 40
3.3 插铣铣削力仿真 43
3.4 本章小结 48
第4章 插铣加工过程动力学模型 49
4.1 插铣加工过程动力学建模 50
4.2 插铣瞬时切削厚度模型 51
4.2.1 刀具轴向振动对切削厚度的影响 52
4.2.2 刀具径向振动对切削厚度的影响 53
4.3 大长径比插铣加工系统的模态试验 54
4.3.1 试验模态分析 54
4.3.2 插铣加工系统模态试验 54
4.4 插铣加工过程动力学时域仿真 56
4.5 本章小结 61
第5章 插铣加工稳定性研究 62
5.1 半离散时域法 62
5.2 Cr13不锈钢插铣加工稳定性分析 66
5.3 插铣刀具动态特性对加工稳定性的影响 67
5.3.1 插铣系统刚度对加工稳定性的影响 68
5.3.2 插铣系统固有频率对加工稳定性的影响 69
5.3.3 插铣系统阻尼比对加工稳定性的影响 69
5.4 Cr13不锈钢插铣加工过程稳定性试验 70
5.5 颤振过程的分析方法 73
5.5.1 优选李雅普诺夫指数 73
5.5.2 Poincare映射和相平面图 74
5.6 Cr13不锈钢插铣加工试验 75
5.7 基于李雅普诺夫指数的插铣加工过程稳定性预测 78
5.8 本章小结 80
第6章 刀具偏心时插铣加工过程误差分析 81
6.1 插铣刀具偏心跳动模型 81
6.1.1 偏心参数识别模型的建立 82
6.1.2 铣刀偏心尺寸估算方法 83
6.2 基于偏心插铣过程的刀具稳定性分析 84
6.3 插铣加工刀具参数对稳定性的影响 86
6.3.1 插铣刀具齿数对稳定性的影响 87
6.3.2 螺旋角对稳定性的影响 87
6.4 插铣过程稳定性试验验证 88
6.5 表面位置误差形成 90
6.6 表面位置误差的影响因素 91
6.6.1 主轴转速对表面位置误差的影响规律 91
6.6.2 径向切削深度对表面位置误差的影响规律 92
6.6.3 刀齿数对表面位置误差的影响规律 93
6.7 插铣加工过程误差试验验证 94
6.8 本章小结 97
第7章 插铣刀具在转轮水斗中的应用 99
7.1 转轮水斗的几何建模 99
7.1.1 曲线曲面的基本原理 99
7.1.2 基于UG的转轮水斗三维建模 102
7.1.3 水斗的建模 103
7.2 插铣加工转轮水斗的数控编程技术 107
7.2.1 转轮水斗特点和加工难点 107
7.2.2 数控机床的选择 109
7.2.3 转轮水斗整体数控加工工艺研究 111
7.2.4 基于UG的数控编程技术 117
7.2.5 转轮水斗整体数控加工刀具轨迹的生成 118
7.3 转轮水斗数控加工仿真与试验 131
7.3.1 转轮水斗数控加工仿真 131
7.3.2 转轮水斗试件加工试验 139
7.4 本章小结 141
第8章 转轮水斗内表面插铣刀路轨迹规划 143
8.1 转轮水斗内表面粗加工分析 143
8.1.1 三轴代替五轴数控机床加工 143
8.1.2 预钻孔 144
8.1.3 刀路轨迹规划策略 145
8.1.4 转轮水斗内表面数控插铣编程及仿真 149
8.2 插铣加工时间计算及切削参数优化 151
8.2.1 直线型加减速控制法和S型加减速控制法 151
8.2.2 插铣加工时间 153
8.2.3 插铣切削参数优化 155
8.3 本章小结 158
参考文献 159