航空框类零件加工动态夹紧力确定有限元分析

针对目前航空框类零件加工中夹紧力的确定主要凭经验，加工变形难以控制的难题，采用有限元数值计算方法，通过相应模型的建立和求解，揭示摩擦力及切屑去除对夹紧力确定的影响，以降低夹紧力对工件加工变形的影响.在有限元模型中利用生死单元技术模拟切屑去除；用弹簧和阻尼单元表示工件与夹具的接触,确定工件在动态载荷作用下的夹紧力.研究结果表明，随着刀具位置不同，夹具与工件接触处反力也随之发生变化，为保证工件的定位基准及减小工件的变形应根据刀具位置的不同及工件刚度的变化不断调整夹紧力.     

铣削加工中薄壁件装夹方案优选的有限元模拟

针对薄壁零件刚性差,制造过程中容易产生装夹变形的工艺难题,采用有限元分析方法,对加工过程中的薄壁件装夹方案进行了优选.将工件视为弹性体,装夹/支撑作为刚体,运用有限元分析软件,分别对装夹位置、装夹顺序以及加载方式三个因素在装夹过程中对框类薄壁零件产生变形的影响进行了模拟.结果表明,夹具或支撑间距较大,先在刚性较差的表面上进行装夹,每个夹紧力均在一步内施加的方案是最佳装夹方案.     

一种弱刚度薄壁结构件装夹方案优化的有限元模拟

针对薄壁结构件刚性差，加工中易变形的工艺难题，运用ANSYS结构静力学分析和正交优化分析的方法，模拟了夹紧点个数、夹紧点位置对加工中工件受力变形的影响，对装夹方案进行了优选．结果表明，采用六点夹紧是较优的，并给出了夹紧点的位置。     

楔式动力卡盘的静态夹紧力特性研究

为了能够有效地通过增大静态夹紧力来提高动力卡盘的极限转速,保证高速切削过程的安全性,通过理论、仿真和实验相结合的方法,从卡盘的使用参数、结构参数、润滑条件以及强度等方面,对楔式动力卡盘的静态夹紧力特性进行研究.研究表明:楔心套与基爪的润滑条件对静态夹紧力的影响很大;在卡盘相邻2次夹持工件时,增加空行程次数可以有效减轻重复夹紧造成的润滑条件恶化;夹紧效率越高的结构,其静态夹紧力的稳定性越好,即由于润滑条件恶化造成的夹紧力损失越小;综合考虑静态夹紧力的大小和稳定性,楔式动力卡盘的楔角大小最好在10°～20°之间选择;卡盘的最大静态夹紧力由卡盘的强度决定,在生产中应该注意加强基爪楔形齿处的强度.     

切削区温度分布研究

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文通过分析切削力和刀—屑接触长度的计算,建立了刀—屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,采用有限元法对稳态切削过程中切削温度分布进行了计算,得到了切削区切削温度的分布情况.     

高速硬加工中切屑成形的有限元模拟

为了研究AISI4340钢高速加工中切屑形成机理，建立了高速加工的有限元模型.该模型采用Johnson-Cook（JC）模型作为工件材料模型，采用JC破裂模型作为工件材料失效准则，刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和黏结摩擦区的修正库仑定律，并采用任意拉格朗日-欧拉方法实现切屑和工件的自动分离.利用建立的有限元模型模拟了四种切削条件下的材料加工，分析了切屑形成过程，模拟得到了不同切削条件下的切削力，并对其进行了比较.研究结果表明，在高速加工条件下形成了不连续状切屑，不连续状切屑形成机理与基于自由表面破裂的锯齿状切屑形成机理不同.     

Machining Deformation Prediction of Thin-Walled Part Based on Finite Element Analysis

For the problems of machining distortion and the low accepted product during milling process of aluminum alloy thin-walled part, this paper starts from the analysis of initial stress state in material preparation process, the change process of residual stress within aluminum alloy pre-stretching plate is researched, and the distribution law of residual stress is indirectly obtained by delamination measurement methods, so the effect of internal residual stress on machining distortion is considered before finite element simulation.Considering the coupling effects of residual stress, dynamic milling force and clamping force on machining distortion, a three-dimensional dynamic finite element simulation model is established, and the whole cutting process is simulated from the blank material to finished product, a novel prediction method is proposed, which can availably predict the machining distortion accurately. The machining distortion state of the thin-walled part is achieved at different processing steps, the machining distortion of the thin-walled part is detected with three coordinate measuring machine tools, show that the simulation results are in good agreement with experimental data.     

Molecular dynamics simulation of single crystal Nickel nanometric machining

Molecular dynamics simulation is carried out to study the nanometric machining of single crystal Nickel (Ni). Through an investigation of atomic displacement and the variation of cutting force, it is found that the latter is in accordance with the number variation of elastic displaced atoms in the workpiece. It is further found that the generation of complex stacking faults is the predominant cause of cutting force fluctuation, and the stacking faults with complex structures lead to work-hardening. The temperature of the cutting tool and workpiece is studied during the machining process. It is concluded that the selection of averaging steps has a significant influence on the system temperature distribution. Thus, the time-spatial averaging method, which has a high accuracy and consistency in temperature distribution, is proposed.     

可控电解珩磨加工的电流控制技术及金属去除规律的研究

研究了以微机实时控制电解珩磨过程中工件表面的电解电场强度,从而调控各点的金属去除速度,获得工件要求的几何形状精度的新加工方法（可控电解珩磨）．该方法在降低工件表面粗糙度的同时,还具有纠正工件几何形状误差的能力,尤其适用于高精度复杂形状工件和难加工金属材料的精密加工．本研究采用不完全微分算法实现电解电流的闭环控制,并且应用人工神经网络技术建立了系统的施电模型．实验结果表明,该方法可获得满意的加工精度．     

基于MATLAB/SIMULINK的超声波振动加工过程仿真研究

在建立超声波振动加工过程中“刀具—工件”系统的动力学模型的基础上,应用MATLAB软件中的Simulink建立了该系统的控制系统模型,并对振动加工过程中工件的运动规律进行了仿真分析.仿真结果表明,超声波振动加工方法能够极大地降低普通切削过程中工件的振动,对提高工件的加工表面质量和加工精度具有重要意义,是实现精密切削加工的一种有效方法.     

砂轮变速磨削的稳定性

通过对外圆磨削过程稳定性的理论分析，指出砂轮与工件的接触刚度对磨削系统稳定性有显著影响。减小接触刚度可使系统的颤振增长系数减小，磨削过程动柔度的负实部增大，系统稳定性增强。试验研究表明：接触刚度随径向磨削力的减小而减小，砂轮变速磨削可以使径向磨削力减小，从而降低接触刚度，使磨削过程的稳定性提高。     

ZrO_2陶瓷激光加热辅助切削加工技术

为了解决高强度、高脆性氧化锆(ZrO2)陶瓷材料加工困题的问题,对激光加热辅助切削(Laser-assisted machining,LAM)ZrO2陶瓷加工技术进行了研究。建立了热传递的三维模型,并采用ANSYS软件进行了温度场有限元仿真。搭建了切削试验系统并进行了加工试验。试验采用Nd:YAG激光器进行连续加热,红外线测温仪测量表面温度,压电式测力仪在线测量切削力,并对切屑形状、刀具磨损状态和加工质量做了研究。结果表明:相对传统切削加工技术,LAM加工技术能够有效地减小切削力,减缓刀具磨损和改善加工表面质量。     

纸基蜂窝零件夹持方法研究

为了解决当前纸基蜂窝零件高速铣削加工夹持方法的可靠性和稳定性较差以及加工精度低的缺点,提出一种基于磁场和摩擦吸附原理的夹持方法.该方法利用灌入蜂窝芯中铁粉的自重以及外加磁场对铁粉的吸引力,在铁粉与蜂窝侧壁之间以及蜂窝芯与夹具平台之间产生可以控制的摩擦力,利用摩擦力的作用达到在高速加工过程中对纸基蜂窝芯零件的夹持.通过实验证明,该方法简单易行,适合于大批量生产.     

光学元件研磨加工裂纹形成过程数值模拟

针对传统有限元方法过度依赖于网格,计算时磨粒和工件接触区域的网格畸变严重,很难模拟脆性材料加工中材料内部裂纹的形成过程这一问题,利用光滑粒子流体动力学法建立单个磨粒切削加工过程的FE/SPH耦合有限元模型,对熔石英材料研磨过程进行数值模拟,为脆性材料切削过程的仿真提供了新途径.系统分析研磨加工中亚表层裂纹的形成过程以及切削参数对亚表层裂纹深度的影响规律.仿真结果表明:磨粒刚开始切入工件时材料处于弹/塑性变形阶段,随后在磨粒的挤压及撕扯作用下,材料内部产生大量微裂纹,微裂纹的合并、连通和扩展最终形成了平行于工件表面的横向裂纹和垂直于工件表面的纵向微裂纹,导致工件材料的脆性断裂去除.     

航空腔型薄壁件铣削变形的预测

针对应用在飞机中的腔薄壁件刚性差、极易产生加工变形,从而导致加工精度难以保证的问题,采用三维有限元方法,对在铣削力和初始残余应力场作用下的航空薄壁框类零件的加工变形进行了分析计算,得到了其加工变形规律。最后通过铣削试验验证了得到的变形规律的正确性,本研究可为预测和控制航空腔薄壁零件的加工变形提供方法和依据。     

多刀具纳米切削铜过程研究

运用分子动力学模拟技术建立多刀具纳米切削铜模型,工件原子间相互作用力采用eam势计算,工件与刀具原子间相互作用力采用morse势计算,刀具原子间相互作用力采用tersoff势计算.通过分析切削过程中瞬间原子图像、切削力、能量、温度,发现多刀具纳米切削过程并不等同于单把刀具多次走刀,刀具之间相互干涉会影响切削力的变化.结果显示多刀具与单把刀具切削比较,切削力在一定程度内会变小,工件的温度相对较高,最终会影响切削效果.     

基准不重合时工序尺寸的确定技巧

在零件的加工过程中,考虑工件的装夹、测量等因素,有时并不能按加工图纸所标注的尺寸直接加工,需要在加工前进行工序尺寸的换算,就如何判定在什么情况下需要进行工序尺寸的换算?以及如何运用尺寸链原理进行工序尺寸的计算进行了详细的阐述,对于解决生产中工序尺寸的确定问题具有一定的实用意义。     

Research on the nanometric machining of a single crystal nickel via molecular dynamics simulation

Molecular dynamics simulations are employed to study the nanometric machining process of single crystal nickel. Atoms from different machining zones had different atomic crystal structures owing to the differences in the actions of the cutting tool. The stacking fault tetrahedral was formed by a series of dislocation reactions, and it maintained the stable structure after the dislocation reactions. In addition, evidence of crystal transition and recovery was found by analyzing the number variations in different types of atoms in the primary shear zone, amorphous region, and crystalline region. The effects of machining speed on the cutting force, chip and subsurface defects, and temperature of the contact zone between the tool and workpiece were investigated. The results suggest that higher the machining speed, larger is the cutting force. The degree of amorphousness of chip atoms and the depth and extent of subsurface defects increase with the machining speed. The average friction coefficient first decreases and then increases with the machining speed because of the temperature difference between the chip and machining surface.     

面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。