论文摘要：基于工艺特征的数控加工过程力学仿真技术研究

数控加工仿真中，几何仿真与物理仿真长期独立发展，联合仿真是切削加工仿真的趋势也是必然结果。本文总结了国内外几何仿真、物理仿真的发展现状，并对切削加工过程中的刀具轨迹进行了细致的分析。在此基础上提出以现有切削力仿真模型为基础，结合刀具轨迹特征搭建联合仿真优化平台的构想。铣削加工可分为平面二维与三维曲面加工两大类。对于平面二维加工，将刀具轨迹分为直线、内外圆弧、内外折线、圆弧连接、内外拐角五种特征单元，其它复杂轮廓均可由上述五种基本单元组合而成。对于三维曲面加工，可以认为是由一系列斜坡加工组合而成。本文在瞬时刚性力模型和平均铣削力系数模型基础上，通过刀具轨迹特征分析建立了刚性情况下直线、内外圆弧、内外折线、圆弧连接、内外拐角特征切削力仿真模型。柔性情况下，建立了薄壁零件铣削力仿真算法，同时采用“切宽补偿算法”以消除薄壁件加工变形。在特征单元铣削力模型基础上，通过提取数控代码中刀具轨迹特征，建立了平面轮廓铣削力仿真模型。作为拓展研究，建立了任意进刀方向下斜坡铣削力仿真算法，为曲面铣削力仿真打下基础。在三轴立式加工中心上，采用铝合金对以上特征单元进行了独立的切削力验证实验，仿真结果与切削力测量结果吻合较好。利用综合验证零件，对平面轮廓铣削力仿真模型进行了验证。与此同时，将切削力仿真结果与国外同类软件Thirdwave / Production Module 3D仿真结果进行对比，结果显示本文仿真结果能更好地预测加工过程中的切削力。

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