在航海、军工等领域里,广泛应用到各种各样的薄板零件。由于薄板零件的刚度较差,零件会在切削的过程中产生弹性变形,加工出的零件会出现中间厚四周薄的现象,从而严重地影响了加工精度。利用高控制精度的加工中心来加工薄板零件,铣削后的薄板同样会中间稍厚。文献提到可以采用重复并且高速加工的方法来减小此类零件的加工误差。但这样会大大增加整个零件的加工时间,增大零件表而粗糙度。薄板零件加工过程的简化示意图很好地解释了加工过程中薄板零件产生变形的机理。加工过程要切除薄板零件ABC的阴影部分的材料。由于在铣刀的切削力的作用下,点B移动到了点B;点E移动到了点E处。加工过程中工件的中部在切削力的作用下,产生了反向的弹性变形,即生产中的让刀现象。加工过程结束,零件中部又会弹回原来的位置,中部应该被切除的材料未被切除。这样就导致了零件的近两端点A和C处材料的切削比较充分,而点B处真正的切削量很小,从而加工出来的零件会有中间和四周厚度的不同,这类问题在薄板零件的加工领域普遍存在。
薄板类零件的加工误差模型图列举出了影响薄板零件加工误差的各种因素。由于薄板零件的刚度较差,故由切削力作用产生零件的弹性变形所引起的误差影响最大。
对于数控机床的加工误差补偿,目前主要有两种方法:静态的硬件补偿和软件补偿。硬件补偿通过定性地分析数控机床的各种系统误差,去修改数控机床的内部结构,从而达到提高机床精度的目的。硬件补偿的成本较高,且灵活性较差。软件补偿通过有限元分析的方法或试验定量的找出机床的加工误差的变化规律,建立相应的数学模型或误差数据库,据此修改相应加工代码来进行误差补偿。软件补偿有着高灵活性的特点,将取代硬件补偿。
这里假设零件在整个加工过程中材料都处于稳定的弹性变形状态。加工过程中,零件装夹在夹具中,假设刀具对其的作用力为9001并且被切削的材料属性各向同性。根据材料种类和材料尺寸的不同,分为4种方案。
在AutCAD
2006里对零件进行建模,然后导入ANSYS,在ANSYS软件里进行材料属性定义,并对CAD模型进行网格划分。
在ANSYS里加载切削参数等信息,对节点处的弹性变形量做量化分析,得出分析结果。
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