長(zhǎng)梁類鋁合金結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-wenkub

　

【正文】 其在切削成型過(guò)程中可能會(huì)遇到的變形和共振的問(wèn)題，主要就是鋁合金航空結(jié)構(gòu)件在切削成型過(guò)程中的遇到的各種會(huì)造成結(jié)構(gòu)件變形的因素和影響剛性引起共振的原因。最后作其它相關(guān)因素的分析和解決，并作必要的說(shuō)明。特別是 7000 系列及以上的，廣泛應(yīng)用在航空航天器的框架結(jié)構(gòu)上，其中主要以框型、梁型為主，在加工成型過(guò)程中，由于鋁合金毛坯成型的殘余應(yīng)力及金屬切削造成的內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起鋁合金的變形，加工中變形會(huì)影響結(jié)構(gòu)件的最終成型，不易控制加工精度，也會(huì)影響結(jié)構(gòu)件的加工周期，還會(huì)造成薄壁結(jié)構(gòu)件的尺寸超差，厚度不均勻的誤差。整體結(jié)構(gòu)件體積大、剛度差、易變形、加工質(zhì)量和精度很難控制。這里以某型號(hào)航空航天器長(zhǎng)梁類結(jié)構(gòu)件為例（材料選取鋁合金 7075T7451 預(yù)拉伸板材，鋁合金熱處理并時(shí)效后的殘余應(yīng)力主要是淬火熱應(yīng)力殘留，即中心為拉表面為壓的情況。航空航天器常規(guī)表面質(zhì)量要求粗糙度 ，部分有配合關(guān)系的部位或是關(guān)鍵受力部位等表面質(zhì)量要求粗糙度 ，所以我們此次研究需要保證最低標(biāo)準(zhǔn)表面質(zhì)量粗糙度。在切削過(guò)程中切削力，會(huì)讓弓箭的側(cè)壁殘生“讓刀”變形，其產(chǎn)生的切削熱及切削振動(dòng)等均容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件變形，在切削過(guò)程中，刀具對(duì)工件的切削力，會(huì)在工件與刀具的接觸部分發(fā)生彈塑性變形，并且材料不斷被刀具切除，板內(nèi)殘余應(yīng)力發(fā)生釋放與重分布，原來(lái)的應(yīng)力自平衡狀態(tài)遭到破壞，工件只有通過(guò)變形才能達(dá)到新的平衡狀態(tài)。某型號(hào)航空航天器所采用的鋁合金材料的的彈性模量約為70~73MPa，約為鋼的 1/3。傳統(tǒng)裝夾方式，采用壓板，這種問(wèn)題尤為嚴(yán)重，并且很少采用力矩扳手，就會(huì)造成不同壓緊部位，壓緊力不同，對(duì)加工工件產(chǎn)生相應(yīng)位移，造成變形。通過(guò)文獻(xiàn) 【12】 得知，對(duì)于此類結(jié)構(gòu)件，不對(duì)稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不對(duì)稱去除毛坯造成的殘余應(yīng)力不對(duì)稱釋放對(duì)變形的影響遠(yuǎn)大于其他原因的影響，因此我們也主要研究殘余應(yīng)力對(duì)變形的影響及如何應(yīng)對(duì)。殘余應(yīng)力，一種是想辦法消除，再一種就是想辦法抵消。切削加工過(guò)程引起的應(yīng)力與毛坯制造的殘余應(yīng)力在同一數(shù)量級(jí)上，但是只限于加工結(jié)構(gòu)件表面，加工后零件內(nèi)的殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致變形，我們從加工設(shè)備上，選擇工作穩(wěn)定性好的高速切削設(shè)備，主軸轉(zhuǎn)速 20220 轉(zhuǎn)以上，切削速度 8000mm/min以上，軸向切深可達(dá)到 4mm，徑向切深可達(dá)到 50%刀具直徑，并且加工前要對(duì)主軸進(jìn)行充足的預(yù)熱，使其達(dá)到平衡狀態(tài)，這里高速主軸熱變形會(huì)導(dǎo)致主軸伸長(zhǎng)，刀具也會(huì)受熱伸長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致工件尺寸超差，故高速主軸預(yù)熱很必要。 在刀具切削去除材料后，里層金屬有彈性的恢復(fù)，即在已加工表面形成之后，因刀具的作用力消失。在文獻(xiàn) 【15】 中提出殘余應(yīng)力管理技術(shù)（RSM），從不同的角度討論減小殘余應(yīng)力的方法，對(duì)于刀具前角，該文指出，前角每增加 1 度，切削溫度及切削力會(huì)降低10%。圖 七在加工順序上，要降低毛坯的內(nèi)應(yīng)力，采用自然或人工時(shí)效及振動(dòng)處理，均可有效消除內(nèi)應(yīng)力。我們研究的長(zhǎng)梁類結(jié)構(gòu)件，毛坯總量約 30kg，圓弧進(jìn)刀中央電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)而最后的成品重量?jī)H為 ，見(jiàn)下圖圖 八從結(jié)構(gòu)件自身剛度入手，增強(qiáng)剛度抑制一部分變形，在結(jié)構(gòu)件的自身幾何結(jié)構(gòu)上，其不對(duì)稱的特征引起的變形，我們通過(guò)套材方式及工藝凸臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)充，讓其完整，成為近似對(duì)稱結(jié)構(gòu)，即達(dá)到對(duì)稱銑削，并且工藝凸臺(tái)的增設(shè)可以增強(qiáng)其自身剛度，從而抵消其因不對(duì)稱的幾何結(jié)構(gòu)引起應(yīng)力變形，增設(shè)的工藝凸臺(tái)如圖九所示，圖 九采用套件的方式，增設(shè)中間的工藝凸臺(tái)，讓結(jié)構(gòu)件成為近似對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，補(bǔ)償半框面一側(cè)沒(méi)有的外形面，這樣在外形方向（圖四）的變形將被抵消；并且工藝凸臺(tái)會(huì)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件自身的剛度，在有凸臺(tái)的一面去除大余量過(guò)后，會(huì)減少腹板方向（圖四）的變形。增加輔助支撐、壓緊點(diǎn)，分散受力點(diǎn)、增加壓緊接觸面積，還可以把單邊不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，對(duì)于薄壁且面積大的腹板面，還可以采取真空平臺(tái)吸附裝夾方式。圖 十二 塞尺，不入中央電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第二章 加工剛性的影響因素分析及解決方案第一節(jié) 加工剛性的影響因素分析金屬切削加工中會(huì)因?yàn)閯傂圆疃a(chǎn)生振動(dòng)，這是一種十分有害的現(xiàn)象。一般，切削過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)都具有自由振動(dòng)、強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。顫振的產(chǎn)生會(huì)是由模態(tài)耦合顫振理論及不同材料、刀具引起切削力變化而產(chǎn)生的顫振等。故在加工的時(shí)候出現(xiàn)剛性不足，會(huì)引起共振，這種情況我們通過(guò)套材方案，并增加工藝凸臺(tái)（圖九）或工藝支撐來(lái)補(bǔ)充結(jié)構(gòu)件自身的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的剛度，通過(guò)增加工藝凸臺(tái)，同時(shí)也使結(jié)構(gòu)件變成完整對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在加工中，可以有效增加剛性，抑制振動(dòng)，在全部尺寸加工到要求后，最后再把工藝凸臺(tái)去除。裝配用定位工藝銷孔要求公差一般在177。留余量過(guò)多時(shí)，精加工時(shí)會(huì)因余量過(guò)多刀具加工費(fèi)力，而造成效率降低，同時(shí)可能會(huì)造成刀具故障影響加工質(zhì)量，通常選取周邊及底面留余量 3mm，面積較大需要增加剛性是可以增加到 5mm，但只針對(duì)底面增加。徑向切深通常選取 50%刀具直徑即可，軸向切深與刀具直徑、切削方式，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量有關(guān)一般認(rèn)為，引至文獻(xiàn) 【17】 切削速度越高，激振頻率則越高，特別在高速切削情況下，激振頻率遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)的固有頻率，因此工藝系統(tǒng)振動(dòng)小。精加工，刀具直徑 20mm~16mm，底角 R3，徑向切深＜3mm，軸向切深＜3mm。下斷，刀具直徑 12mm~8mm，底角 R1，徑向切深 50%直徑，軸向切深＜1mm，切削進(jìn)給量 1000mm/min。下斷，刀具直徑 12mm~8mm，底角 R1，徑向切深 50%直徑，軸向切深＜1mm，特殊情況時(shí)軸向切深會(huì)達(dá)到刀具切削刃長(zhǎng)度，但是徑向切深要嚴(yán)格控制在 1mm 以內(nèi)。立式和龍門(mén)式是使用最廣泛的，這里我們選擇定梁式龍門(mén)式五坐標(biāo)高速數(shù)控設(shè)備（圖十四），龍門(mén)銑自身穩(wěn)定性好，精度高，設(shè)備震動(dòng)對(duì)被加工結(jié)構(gòu)件影響小。精加工選取小直徑刀具，精度高，更穩(wěn)定，適合結(jié)構(gòu)件壁厚變薄后剛性變差，易震動(dòng)的加工時(shí)段。刀具后角，適當(dāng)減小后角對(duì)振動(dòng)的抑制具有一定的效果。 刀套的選擇，一般高速加工使用液壓刀柄和熱脹刀柄，液壓式夾持力大，適用與大型刀具、重切削，熱脹式是通過(guò)熱膨脹夾松刀具，夾持精度高，主 要 用 在 小 直 徑 刀 具 上 。定 梁五坐標(biāo)主軸中央電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)六、工藝裝夾的方式裝夾在加工中也占據(jù)著很重要的位置，合理有效的裝夾方式，可以有效的增強(qiáng)剛性，抑制震動(dòng)。 凸臺(tái)下沉墊板支撐部分真空吸附中央電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第三章 其他影響因素第一節(jié) 影響變形和剛性的其他可能性 一、材料不同廠家生產(chǎn)的鋁合金材料，如進(jìn)口鋁材和國(guó)產(chǎn)鋁材，其生產(chǎn)過(guò)程可能會(huì)存在不一樣，其殘余應(yīng)力也會(huì)有所不同，解決變形的方案可能就會(huì)出現(xiàn)無(wú)效的結(jié)果，這樣，我們就需要時(shí)刻關(guān)注加工材料的情況，在加工中隨時(shí)做好記錄，采集數(shù)據(jù)，以便完善解決變形的方案。再有粗加工去除大余量過(guò)后，沒(méi)有合理的時(shí)效，釋放切削應(yīng)力，會(huì)造成加工完后一段時(shí)間內(nèi)再次變形，也需要注意。所以要求操作人員在加工前一定要檢查刀具狀態(tài)，是否可以使用。中央電大畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)第四章 本章小結(jié)隨著現(xiàn)代航空航天器性能要求的不斷提高,許多骨架結(jié)構(gòu)件尤其是主承力結(jié)構(gòu)件(如航空航天器的大梁、隔框、壁板、翼肋等)普遍采用由大型整塊毛坯直接/ 挖空而加工成復(fù)雜槽腔、筋條、凸臺(tái)和減輕孔等整體結(jié)構(gòu)件,材料切除量可達(dá) 90%~95%.比如我們選取的此類長(zhǎng)梁類結(jié)構(gòu)件，通常包括薄的腹板和由垂直于腹板的薄壁