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薄壁铝合金箱体零件数控加工技术研究

韩军 董冰洋 邵帅 沈伟东 庞楠楠

韩军, 董冰洋, 邵帅, 沈伟东, 庞楠楠. 薄壁铝合金箱体零件数控加工技术研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (10): 123-129. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.019
引用本文: 韩军, 董冰洋, 邵帅, 沈伟东, 庞楠楠. 薄壁铝合金箱体零件数控加工技术研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (10): 123-129. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.019
HAN Jun, DONG Bingyang, SHAO Shuai, SHEN Weidong, PANG Nannan. Research on NC machining technology of thin-walled aluminum alloy box parts[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (10): 123-129. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.019
Citation: HAN Jun, DONG Bingyang, SHAO Shuai, SHEN Weidong, PANG Nannan. Research on NC machining technology of thin-walled aluminum alloy box parts[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (10): 123-129. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.019

薄壁铝合金箱体零件数控加工技术研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.10.019
基金项目: 内蒙古科技大学《数控加工几何与物理虚拟仿真实验》一流课程
详细信息
    作者简介:

    韩军,男,1976年生,教授、硕士生导师,主要从事数控加工与几何、物理仿真方面的研究。E-mail:crl2006@126.com

    通讯作者:

    韩军,男,1976年生,教授、硕士生导师,主要从事数控加工与几何、物理仿真方面的研究。E-mail:crl2006@126.com

  • 中图分类号: TH16

Research on NC machining technology of thin-walled aluminum alloy box parts

  • 摘要: 针对某薄壁铝合金箱体零件因侧壁过薄易装夹变形与铣削变形导致精度降低的问题,设计了专用夹具并进行有限元分析,使装夹变形量从0.015 7 mm减小到0.005 98 mm,减小了61.9%;通过Design-Expert软件建立参数样本并生成目标函数,采用人工蜂群算法对目标函数进行优化,获取了一组铣削合力最小的铣削参数组合并输出预测值,利用ABAQUS软件对所输出参数进行仿真模拟,使铝合金薄壁箱体的铣削合力减小了35.3%;最后进行了实际加工实验,对零件尺寸进行测量,均符合公差范围。研究表明该方法对薄壁铝合金箱体零件提高加工尺寸精度有重要意义。

     

  • 图  1  薄壁箱体二维图

    图  2  薄壁箱体零件三维图(正、反)

    图  3  专用夹具装夹图

    图  4  平口钳夹持

    图  5  专用夹具装夹

    图  6  铣削仿真加工

    图  7  C:D响应曲面图

    图  8  人工蜂群优化算法流程图

    图  9  ABC优化迭代图

    图  10  优化后铣削合力

    图  11  实际加工图正、反面

    表  1  零件尺寸测量结果 mm

    序号基本尺寸测量尺寸公差符合
    1140144.13+0.4;−0.2
    263.563.16+0.4;−0.2
    37070.54+0.4;−0.2
    42828.04+0.1;0
    540.540.55+0.2;0
    650.550.52+0.2;0
    71312.93+0.2;0
    83131.06+0.1;0
    94747.04+0.1;0
    10126126.08$ \text{±0.05} $
    11110110.12$ \text{±0.1} $
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    表  2  材料参数表

    密度/(kg/m3弹性模量/GPa泊松比
    夹具7 8502060.27
    薄壁箱体2 780710.3
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    表  3  铣削刀具和薄壁件的材料属性

    密度/
    (kg/m3
    弹性模量/
    GPa
    泊松比比热容/
    (J/kg·k)
    热膨胀系数/
    (×10-6/ºC)
    铣刀7 7806000.259504.5
    薄壁件2 780710.392122.3
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    表  4  JC本构模型

    ABnCm$ {T}_{m} $T
    167443.70.440.0222.31 72325
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    表  5  失效参数表

    $ {d}_{1} $$ {d}_{2} $$ {d}_{3} $$ {d}_{4} $$ {d}_{5} $
    −0.090.25−0.50.0143.87
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    表  6  可控因素及水平

    水平主轴转速/
    (r/min)
    进给速度/
    (mm/min)
    径向切深/
    mm
    轴向切深/
    mm
    115004000.10.1
    222506000.30.5
    330008000.51
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    表  7  铣削加工参数仿真结果

    序号主轴转速/
    (r/min)
    进给速度/
    (mm/min)
    径向切深/
    mm
    轴向切深/
    mm
    铣削力/
    N
    11 5006000.50.551 180
    22 2506000.30.55600
    33 0006000.50.551 390
    41 5004000.30.55606
    53 0006000.10.5575.5
    62 2508000.10.5557.7
    71 5006000.311 300
    82 2506000.50.1216
    92 2506000.10.121.2
    102 2506000.11122
    112 2504000.311 680
    123 0006000.30.159.7
    132 2506000.30.55290
    141 5006000.10.5569.4
    152 2506000.30.55340
    162 2504000.50.551 980
    173 0008000.30.55308
    183 0004000.30.55652
    192 2508000.30.147.1
    201 5008000.30.55267
    212 2508000.50.55921
    221 5006000.30.11 230
    233 0006000.311 320
    242 2506000.512 950
    252 2506000.30.55397
    262 2508000.31888
    272 2506000.30.55550
    282 2504000.30.180.4
    292 2504000.10.55102
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    表  8  铣削力回归方程模型方差分析

    来源平方和自由度FP显著性
    模型13 070 000.001413.45< 0.000 1显著
    A-A59 812.3210.860.37
    B-B568 400.0018.190.01
    C-C5 589 000.00180.49< 0.000 1
    D-D3 636 000.00152.37< 0.000 1
    AB6.2510.000.99
    AC10 393.8010.150.70
    AD354 200.0015.100.04
    BC257 400.0013.710.07
    BD143 900.0012.070.17
    CD1733 000.00124.970.00
    A²77 597.1311.120.31
    B²4.4110.000.99
    C²228 700.0013.290.09
    D²551 100.0017.940.01
    $ {R}^{2} $93.08%
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    表  9  优化前后铣削加工数据

    主轴转速/
    (r/min)
    进给速度/
    (mm/min)
    径向切深/
    mm
    轴向切深/
    mm
    铣削力/N
    优化前15006000.50.51032.794
    优化后30008000.50.1668.289
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    表  10  加工刀具卡 mm

    编号刀具名称刀位号直径长度刃长
    1立铣刀T01107222
    2立铣刀T0244311
    3立铣刀T032407
    4立铣刀T041402
    5麻花钻T0545522
    6麻花钻T0623812
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    表  12  测量结果 mm

    基本尺寸优化后尺寸公差符合
    140140.12+0.4;−0.2
    126126.03$ \text{±0.05} $
    110110.08$ \text{±0.1} $
    63.563.66+0.4;−0.2
    7069.90+0.4;−0.2
    1313.11+0.2;0
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    表  11  加工工序卡

    工步工步内容刀具号刀具
    规格/
    mm
    主轴
    转速/
    (r/min)
    进给
    速度/
    (mm/min)
    径向
    切深/
    mm
    轴向
    切深/
    mm
    1光整正面T01ϕ10300015000.50.1
    以正面为
    基准
    2粗铣反面
    各平面
    T01ϕ10150080011
    3精铣反面
    各平面
    T02ϕ430008000.50.1
    4精铣反面
    轮廓
    T04ϕ120006000.50.1
    以反面为
    基准
    5粗铣正面
    各平面
    T01ϕ10150080011
    6精铣正面
    各平面
    T02ϕ430008000.50.1
    7加工正面R2
    圆角
    T03ϕ220004000.50.1
    8精铣正面
    轮廓
    T04ϕ120006000.50.1
    侧面定位
    9粗铣侧面T02ϕ4150080010.5
    10精铣侧面T03ϕ220006000.50.1
    11粗铣侧面
    矩形槽
    T03ϕ2150080010.5
    12精铣侧面
    矩形槽
    T04ϕ120006000.50.1
    13钻4-ϕ4T05ϕ42000400
    14钻12-ϕ2T06ϕ21000100
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  • [1] Tian C L,Zhou G H,Zhang J J,et al. Optimization of cutting parameters considering tool wear conditions in low-carbon manufacturing environment[J]. Journal of Cleaner Production,2019,226:706-719. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.04.113
    [2] 高翔,张连文,王勇. 薄壁零件装夹方案设计与优化[J]. 组合机床与自动化加工技术,2009(6):9-12.
    [3] 马广. 铝合金薄壁零件数控加工夹具问题探讨[J]. 制造技术与机床,2014(11):71-75. doi: 10.3969/j.issn.1005-2402.2014.11.024
    [4] 赵旭芳,梁昔明. 改进的人工蜂群算法及其在参数优化中的应用[J]. 计算机仿真,2019,36(9):320-325.
    [5] 宋娟,倪志伟,李萍,等. 基于参数优化深度置信网络的雾霾预测模型[J]. 系统科学与数学,2020,40(9):1644-1661.
    [6] Pholdee N,Bureerat S. Comparative performance of meta-heuristic algorithms for mass minimisation of trusses with dynamic constraints[J]. Advances in Engineering Software,2014,75:1-13. doi: 10.1016/j.advengsoft.2014.04.005
    [7] 王立涛,柯映林,黄志刚. 航空铝合金7050-T7451铣削力模型的实验研究[J]. 中国机械工程,2003,14(19):1684-1686.
    [8] 杨叔子, 李斌, 张福润, 等. 机械加工工艺师手册[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2012: 300-305.
    [9] 王鑫. 铝合金共形件铣削加工仿真及切削参数优化关键技术研究[D]. 成都: 四川大学, 2021.
    [10] 董如意,孙立勋. 基于改进人工蜂群优化算法的PID参数整定[J]. 吉林化工学院学报,2022,39(5):73-76.
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  • 收稿日期:  2023-04-20
  • 录用日期:  2023-06-11

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