淬硬钢模具曲面铣削有限元仿真及试验研究

针对在高硬度曲面模具铣削过程当中,工件与刀具接触特性的不断变化导致了铣削系统动态特性的变化,进而对刀具寿命和加工质量产生不良影响。依据典型的摩擦模型、本构模型以及切屑分离准则等有限元仿真关键技术,利用有限元仿真软件Deform-3D建立了曲面铣削的三维仿真模型。仿真模型通过建立刀具位置坐标和时间的表达式实现了刀具运动轨迹准确的控制。结合实验研究结果,分析了曲面铣削力的变化特性以及在不同铣削条件下的铣削力的变化规律。研究结果表明仿真模型的有效性。     

汽车模具拐角加工铣削力建模及仿真

针对数控加工汽车模具型腔中的典型特征拐角时,由于刀具切削余量的增加引起刀具振动加大、噪声加剧、铣削力变化明显及刀具与加工表面挤压加大产生振颤,造成刀具刚性不足、使用寿命降低、加工型面表面粗糙度不均等问题.以汽车模具典型特征拐角为研究对象,依据任意角度铣削拐角几何关系,采用有限元模拟分析方法,进行铣削力建模及仿真.首先建立任意角度拐角铣削过程平均切削厚度计算模型,然后进行铣削力系数识别试验确定铣削力系数;其次结合铣削厚度公式及铣削力系数,建立平底立铣刀拐角加工过程建立瞬态铣削力数学模型;最后对拐角瞬态铣削力进行仿真预测,并与拐角铣削加工试验结果对比.结果表明,仿真软件能有效预测拐角铣削力,为切削参数优选提供参考和理论支撑.     

航空整体结构件铣削加工变形预测研究

为了揭示航空框类整体结构零件铣削加工的变形行为，提出了一种基于接力计算模型的航空整体框结构零件铣削加工全过程物理仿真方法，阐述了接力计算的基本原理，设计了接力计算系统的完整框架.基于以上接力计算系统，通过将零件加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息，采用有限元模型对整体框结构零件进行了铣削加工全过程数值模拟.模拟综合考虑了材料毛坯内初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.通过铣削加工实验验证了建立的有限元模型的正确性.研究结果表明，基于接力计算的数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法，可正确预测零件加工变形.     

Cr12MoV铣削稳定性预测及实验研究

基于结构动力学原理,考虑铣削系统动态特性对铣削稳定性的影响,建立了铣削加工Cr12MoV的动力学模型和稳定域的预测模型.在此理论基础上,应用Matlab软件进行不同铣削方式的数值模拟,分析获得切削系统的稳定性叶瓣图;利用Cr12MoV进行铣削振动试验,研究铣削方式和铣削速度对试件表面粗糙度的影响规律,试验结果与模拟仿真的叶瓣图进行对比,从而验证稳定性叶瓣图和理论模型的正确性.     

钛合金薄壁件铣削过程稳定域预测及验证

铣削过程中颤振的产生会导致切削力的幅值增大且波动加剧,进而使得工件的已加工表面质量降低。针对此问题,首先依据颤振稳定性解析算法,建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程的动态铣削系统,得出稳定性叶瓣图;然后,采用有限元仿真与试验相结合的方式进行验证,结果显示稳定性分析结果与试验和有限元仿真结果具有很好的一致性,验证了叶瓣图的正确性。研究结果可以为钛合金薄壁件铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来避免颤振的产生,为钛合金薄壁件铣削加工提供理论依据及技术指导。     

基于实验模态分析的铣削加工系统动力学 特性参数测试与分析

获取加工系统模态参数是进行铣削加工过程动力学仿真的先决条件。利用实验模态分析技术对机床-刀具系统或机床-工件系统进行锤击实验,通过力传感器和压电式加速度计采集激励与响应信号,再通过傅里叶变换和频响函数估算的方法获得加工系统的频响函数,最后通过正交多项式参数拟合获得工艺系统的模态参数。动力学特性参数测试分析结果,可为铣削过程动力学仿真提供所必须的可信数据。     

基于物理学的铣削过程仿真关键技术

为了预测零件加工变形，基于铣削加工有限元理论，构建了基于物理学的铣削加工过程仿真环境，研究了刀位轨迹离散、材料去除、网格自适应生成及动态网格数据维护等关键技术的处理.针对刀具的每次进给运动，系统自动检测刀具和工件毛坯网格相交的区域，通过网格自适应求精、粗化和删除以及有限元分析计算，模拟真实的铣削加工过程.该仿真环境可综合考虑加工参数、刀具路径等因素对零件加工变形的影响，优化加工工艺，保证加工精度.     

紫铜薄壁零件微铣加工变形分析及预测

针对紫铜薄壁微铣削加工过程中的位移变形问题,建立了铣削力数学模型,采用四边形薄板单元有限元方法对薄壁铣削的位移变形进行分析预测。为了验证铣削力模型和薄壁变形预测的准确性,利用金刚石微铣刀对紫铜进行铣削试验。最后,通过光学显微镜和扫描电镜进行观测。结果表明:本文试验结果与仿真结果几乎吻合,证明本文建立的铣削力模型及采用的薄板变形分析方式可以有效地预测加工变形,且载荷位置与薄壁变形关系密切,切削变形随薄壁厚度的减小而快速增大。     

航空薄壁件与铣刀的加工变形误差补偿研究

基于三维铣削力数学模型,应用实验对铣削力系数进行辨识.以刀具和工件的加工变形为研究对象,仿真出刀具与工件的变形量,并绘制不同约束下的工件变形曲线.通过对曲线的分析,求出加工过程中刀具与工件变形对精度变化影响的因素和规律.提出一种基于有限元加工变形的计算误差补偿方案,实现铣削参数的优化,提高铣削加工精度.     

刀具前角对螺纹铣刀铣削性能影响的仿真分析

为合理选择刀具前角,提高刀具使用寿命和螺纹加工效率,对某可转位螺纹铣刀铣削加工45号钢进行研究。借助金属切削工艺有限元软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同刀具前角对切削力和切削温度的影响,进而优化选择合理的铣刀前角,为实际螺纹铣削加工刀具前角的选择提供参考。     

铝合金 Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro／E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。     

基于齿面发生线的弧齿锥齿轮铣削加工仿真分析

基于球面渐开线弧齿锥齿轮的齿面生成原理,对齿面的发生线形成理论进行了研究,并提出了一种以齿面发生线作为铣削刀刃,通过三轴联动的方式加工出弧齿锥齿轮齿面的加工方法。建立了锥齿轮加工机床的三维模型,进行了锥齿轮的加工仿真,并对仿真生成的锥齿轮进行了齿面接触迹线分析。研究表明,基于该理论进行弧齿锥齿轮的铣削加工,运动和控制简单,且加工出来的锥齿轮能实现大倾角线接触传动。     

航空框类整体结构件铣削加工变形研究

为了揭示结构件数控加工的变形机理,提出了基于有限元的航空整体框类结构件铣削加工过程仿真方法.通过将零件的加工工艺信息转化为有限元仿真计算信息,采用建立的有限元模型对双面框类结构件进行了铣削加工过程的数值模拟.数值模拟综合考虑了材料毛坯初始残余应力、切削载荷、加工顺序和走刀路径等因素.在同样条件下进行了加工实验,实验结果与模拟结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的正确性.研究表明,数值模拟方法是研究航空整体结构零件铣削加工变形的有效方法,可正确预测零件的加工变形.     

高温合金GH4169铣削加工的有限元模拟与铣削力试验分析

为减小高温合金GH4169铣削过程中切削力对加工精度及表面质量的影响,采用Deform 3D有限元方法对高温合金GH4169铣削过程中的铣削力进行了建模与仿真.通过铣削力正交试验验证了模型的准确度.利用单因素仿真实验分析了铣削参数对铣削力的影响规律.仿真与试验结果表明:端铣高温合金GH4169时铣削力仿真值与试验值基本吻合,模型准确度优于其他铣削力模型;在切削用量三要素中,对铣削力影响最大的是铣削深度,其次是进给量和铣削宽度,影响最小的是铣削速度.     

基于BP神经网络的立铣加工振动快速预估

结合研制的立铣加工过程虚拟仿真系统和实验测量铣削力信号,训练并建立优化的1-20-1型BP神经网络模型,快速实现铣削加工过程刀具-工件系统振动状态的预估.对比神经网络模型预估的振动结果与实验测量振动信号可以看出,二者数据吻合较好,表明铣削虚拟仿真系统与神经网络技术的结合能够高效低耗地用于不同铣削加工条件下铣削振动状态的快速预估和加工过程监测.     

基于切削稳定理论的铣削材料去除率

针对铣削加工,为保证切削效率,建立主轴转速、轴向切深和径向切深的三维稳定性极限图,以工件材料最大去除率为优化目标,合理选择切削参数,从而在保证切削加工质量的前提下,更快、更好地完成铣削加工.仿真结果表明:由于不同铣削系统的动态特性不同,稳定条件下最大材料去除率随径向切削深度的增大的变化趋势差异明显,因此,需要对不同系统进行具体分析,才能找到切削参数的最佳匹配.     

基于等厚未变形切削厚度残余应力预测

机械加工引起的残余应力一直是制造领域关注的重点，表面残余应力状态能反映零部件性能与使用寿命.为更好地了解铣削加工零件表面与次表面残余应力状态，将铣削不等厚未变形切削厚度转换为等厚未变形切削厚度进行微元铣削力建模.通过仿真建立2D等厚未变形切削厚度模型研究切削钛合金时的温度，结合微元力与温度模型对铣削后加工表面残余应力进行预测，并将残余应力预测值、仿真值与实测值进行比较.结果表明，残余应力仿真值与实测值的变化趋势基本一致，通过等厚未变形切削厚度建立的残余应力预测模型能够反映表面应力状态.     

球头刀多轴铣削表面形貌建模仿真研究

基于铣削加工刀位轨迹,通过建立球头刀多轴铣削过程中切削刃上任意点相对工件运动的轨迹方程,求解铣削加工表面点形貌高度值.研究了进给方式、刀具倾斜方式、倾斜角度与主轴偏心等因素对加工表面形貌及粗糙度的影响.该算法的优点在于勿需对刀齿进行离散,也不需对工件进行三维网格划分,通用性好.仿真结果与实验及文献结果对比表明,算法对工件表面微观几何形貌和粗糙度的预测准确度高,对实际加工中合理选择加工参数具有指导意义.     

航空发动机典型零件加工技术与刀具应用分析

随着国家科技的进步,航空制造业已成为衡量国家发达水平的重要因素之一.航空发动机是飞行器的核心部件,因此发动机典型零部件的加工技术与刀具应用对航空业的发展起着重要的作用.由于航空零件多为难加工材料,不但对加工技术有高的要求,对加工用的刀具要求更高.本文针对航空发动机典型零件材料及特性、加工技术的现状与刀具应用进行了分析;对航空典型零件加工用刀具材料及特性探讨,并结合刀具磨损对加工精确度的影响,对多轴高速加工刀具的磨损进行仿真分析,同时针对多轴高速铣削特点对航空航天钛合金零件的专用刀具进行设计,为今后我国航空发动机典型零件的高效、高精确度加工打下一定的基础.     

NC 铣削加工过程的仿真及其实现

目的研究NC (Numerical Control) 铣削加工过程的动态仿真及其实现方法. 方法基于光线投射的原理,采用将刀具与工件离散的方法,实现了 NC 铣削加工过程的动态仿真. 结果该方法不仅能检测出加工中可能出现的干涉与碰撞,同时也能验证刀位轨迹对理想曲面的逼近误差. 结论该方法成功地实现了 NC 铣削加工过程的几何仿真,对于工艺的仿真有待于进一步研究.