薄壁零件数控加工变形的分析与仿真

副标题#e#     机械加工系统在实际加工中并不是一个刚性系统，而是由工件、刀具、机床设备所组成弹塑性体，在力、扭矩、温度的影响下它们都会产生不同程度的变形。在薄壁零件加工中，对工件尺寸影响最大的主要是工件本身的受力变形。使工件产生变形的力主要是切削力和装夹力，本文重点分析讨论切削力对工件加工变形的影响情况。我们知道，切削力的大小主要与零件材料、切削参数、刀具参数等因素有关。在加工材料和刀具参数已经确定的情况下，切削参数的选择，对加工变形有直接的影响。如果只凭经验来选择这些参数，那么，工件的变形是否在公差范围内事先就无法确定，而通过对切削力进行估算后，再在有限元软件中进行力变形分析仿真，那么这些切削参数是否合适，就可预先知道。这种通过计算仿真的方法对实际工作有一定的指导意义。
   
    1 薄壁零件铣加工受力分析
   
    盒体薄壁零件加工通常采用铣削的加工方式，因此。我们主要分析讨论铣削时工件的受力情况。铣削时刀具和工件的受力情况如图1所示。铣刀的每一个刀齿相当于一把车刀，它的切削基本规律与车削相似。但铣削是断续切削，每个工作刀齿都受到切削力，铣削合力应是各刀齿所受切削力相加。由于每个工作刀齿的切削位置和切削面积随时在变化，为了便于分析，一般假定铣削力的合力作用在某个刀齿上，并将铣削合力分解为三个互相垂直的分力，如图的Fy、Fx和Fz.其中行是在铣向上的分力，消耗功率最多，是主切削力。
   
    作用在工件上的切削合力应与铣刀受到的合力大小相等，方向相反。一般按机床工作台运动方向分解为三个互相垂直的分力，如图中的纵向分力Fe、横向分力Fc和垂直分力Fv。在薄壁零件加工中我们主要关心垂直分力Fv对工件产生的变形情况:如在铝合金盒体零件加工中，采用立铣刀顺铣的加工方式，加工内腔和外形，由于垂直分力FW的作用，将使被加工表面沿受力方向发生弹性变形，刚度最差的地方，工件变形最大，Fv消失后，在弹性力的作用下恢复变形，其结果盒体零件表现为内腔尺寸偏小;在铝合金平板类零件的加工中，垂直分力Fv作用在加工表面上，由于工件反面同时受到夹具支撑力的作用，没有产生较大的变形，但在工件表面留下了加工应力，装夹力去除后，薄壁工件在残余应力的作用下，使工件产生变形。
    

    铣削时，Fe、Fc和Fv与主切削力抑之间有一定的比例关系，因此，求出主切削力之后，便可以计算出Fe, Fc和Fv。