● 摘要
考虑到实际加工中的铣削力由于切削参数的变化而复杂多变，本文建立了广义时变铣削力模型并研究了相关的若干问题，以更加准确有效的预测加工过程中铣削力。为此研究了直线、内外圆弧、外折线、圆弧连接和内外拐角五种典型加工特征下的广义时变铣削力模型并开发了相对应的算法，为复杂零件的铣削力预测奠定了基础。通过实验验证了相关算法并应用仿真结果研究了加工特征参数对铣削力的影响。最后, 为实际的生产开发了利用变切宽的拐角优化加工策略和基于变切宽的进给控制优化策略，实现了理论和应用的结合。 首先，本文对常见以上五种典型加工特征进行了总结和完善。对于直线铣削特征，考虑到进给速度变化对铣削力的影响，建立了直线特征铣削力仿真模型。对于外折线铣削特征，考虑延伸不修剪、延伸并修剪和绕对象滚动三种插补方式，分别建立了切宽获取算法。 在已知加工过程中切宽变化情况的基础上，提出了针对常见加工特征的优化策略。对拐角加工，提出了通过减小切削过程中最大切宽处的切宽的优化加工策略。对于所有的加工特征，提出了基于切宽变化，通过控制每齿进给量来实现恒定的材料去除率或者恒定的平均铣削力的优化加工策略。然后，利用广义时变铣削力模型，用C++、QT编程语言在Microsoft Visual Studio 2008编程平台上设计和开发了以上五种典型加工特征下的切宽和铣削力仿真功能模块，并嵌入到“e-Cutting”数控切削动力学仿真与优化系统中，能够仿真得到切削过程中的切宽、切削力等物理量。通过对以上典型加工特征进行切削实验，仿真和实验结果能够很好的吻合，验证了铣削力算法的可靠性，反过来验证了切宽算法的可用性。 最后，利用切宽算法研究了切宽与常见特征的几何参数变化的关系，如拐角角度对切宽的影响。验证了通过改变拐角处的切宽的拐角优化加工策略的可行性。针对一个拐角特征加工实例，本文以稳定的材料去除率为目标，给出了进给速率的控制策略，以恒定的平均铣削力为目标，给出了每齿进给量、进给速率和主轴转速控制策略。并对以上两种基于不同目标的加工控制策略结果进行了对比。