本文摘要：
本文針對(duì)LAM技術(shù)的研究與實(shí)踐過(guò)程中存在的問(wèn)題，以鈹材為研究對(duì)象。基于激光與多物理量復(fù)合協(xié)同制造基礎(chǔ)理論，開(kāi)展了激光復(fù)合車(chē)銑加工關(guān)鍵技術(shù)的研究。本文主要結(jié)論如下：
（1）基于霍普金森壓桿裝置進(jìn)行鈹材動(dòng)態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn)，得到鈹材料發(fā)生形變時(shí)真實(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，并建立了鈹材的本構(gòu)模型方程；采用反求法來(lái)確定激光加熱輔助切削過(guò)程中鈹材對(duì)激光的吸收率，通過(guò)仿真與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合對(duì)比，得出鈹材等效吸收率的值為0.22；在鈹材預(yù)熱試驗(yàn)中，得出了在預(yù)熱階段激光的適宜功率；搭建了激光輔助車(chē)削的切削力試驗(yàn)系統(tǒng)，分析了各切削參數(shù)對(duì)切削力的影響，其中切削速度對(duì)切削力的影響最大，在Vc=25m/min、f=0.1mm/r、ap=0.5mm時(shí)，切削力能夠降低40%。
（2）同時(shí)依據(jù)傳熱學(xué)理論，建立了激光加熱輔助切削溫度場(chǎng)三維瞬態(tài)熱模型，由仿真結(jié)果可知激光加熱切削區(qū)域的最佳溫度范圍為180°C-250°C，為切削仿真提供參數(shù)依據(jù)。同時(shí)對(duì)工藝參數(shù)與激光光斑中心溫度、切削區(qū)溫度的影響進(jìn)行了分析。其中激光功率對(duì)切削區(qū)域平均溫度cutT和激光光斑中心溫度maxT的影響最大，而工件轉(zhuǎn)速只對(duì)maxT產(chǎn)生影響，進(jìn)給量的影響最低；建立了鈹材激光加熱切削的仿真模型，由仿真結(jié)果可知在180°C，200°C和220°C的激光加熱溫度下，切削力比傳統(tǒng)切削方式下的結(jié)果顯著下降。仿真值與切削力試驗(yàn)值趨勢(shì)是比較吻合地，從而驗(yàn)證了仿真模型的正確性。
（3）建立了激光復(fù)合加工數(shù)字模型，針對(duì)協(xié)同機(jī)械臂和車(chē)銑復(fù)合中心為研究對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，從而推導(dǎo)出協(xié)同機(jī)械臂的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。研究了在不同加工方式下的軌跡分析，采用MATLAB軟件的Robotics模塊進(jìn)行求解，得出了激光加熱輔助設(shè)備加工的合理路徑；建立了激光輔助切削設(shè)備有限元模型，得到了設(shè)備有限元模型前六階固有頻率，并由振型得出了該設(shè)備可能由于龍門(mén)架與協(xié)同機(jī)械臂的影響，更容易被工作頻率激起，從而發(fā)生變形。
（4）搭建了激光輔助切削虛擬系統(tǒng)，分析了各運(yùn)動(dòng)軸在系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真模擬實(shí)際切削加工時(shí)各軸運(yùn)動(dòng)軌跡。采用了激光輔助切削專用機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)虛擬系統(tǒng)與試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比后，驗(yàn)證了虛擬仿真系統(tǒng)的正確性。
激光復(fù)合車(chē)銑加工技術(shù)研究是十分復(fù)雜的問(wèn)題，本論文只完成了部分的研究工作，今后在本論文的研究?jī)?nèi)容基礎(chǔ)上還需要在以下幾方面進(jìn)行更深一步的研究：
（1）文中的切削有限元仿真只是從切削力和切削溫度進(jìn)行研究，下一步可以對(duì)刀具磨損進(jìn)行分析；同時(shí)考慮在激光和摩擦產(chǎn)生熱的條件下，刀具對(duì)切削力所帶來(lái)的影響進(jìn)行分析探究。
（2）將本文所搭建的虛擬仿真系統(tǒng)選用不同的難加工材料的工藝參數(shù)進(jìn)行激光復(fù)合加工分析探究，才能進(jìn)行不斷優(yōu)化。
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