超声椭圆振动切削轨迹变化对表面形貌的影响

通过改变刀尖振幅和相位差,研究超声椭圆振动切削过程中刀尖轨迹变化的运动特性。分析椭圆振动切削轨迹形状和轨迹偏转变化对加工表面形貌的影响,建立椭圆振动切削轨迹变化切削方向残余高度模型;利用研制的导波传输超声椭圆振动切削装置,改变相位差实现椭圆振动切削轨迹精准控制,分析对其加工表面质量的影响。实验结果表明：椭圆振动切削轨迹变化同时引起的切削方向残余高度和刀具动态角变化是影响加工表面质量的重要因素;在超声椭圆振动切削加工中存在一个相位差值,对抑制毛刺和崩边、提高加工表面质量具有最佳的效果。     

导套式椭圆超声镗削模拟实验研究

椭圆超声振动切削技术的研究绝大多数针对非导套结构装置,针对导套结构对椭圆超声振动切削装置进行了研究。在分析椭圆超声振动切削机理的基础上,通过切削实验发现采用导套结构镗削装置椭圆超声振动切削仍然具有降低切削力、提高加工精度等优势。在相同实际背吃刀量时,吃刀抗力椭圆超声振动切削降为普通切削的19. 6%. 主切削力椭圆超声振动切削降为普通切削的31%. 在理论背吃刀量0. 050 mm 时,椭圆超声振动切削实际背吃刀量接近理论背吃刀量,实际背吃刀量0. 045 mm;普通切削实际背吃刀量和理论背吃刀量相差较大,实际背吃刀量 0. 032 mm.     

换能器电学性能与振动切削力关系及监测方法

振动切削加工过程中监测切削力对于超声振动切削技术的推广和加工生产具有重要意义.本文在换能器驱动技术分析的基础上,通过研究超声椭圆振动切削过程中切削力、换能器电学阻抗与负载的变化关系,提出了一种利用换能器电学特性来判断超声椭圆振动切削力的新监测方法,并设计了一套换能器电学参数测量系统.通过大量的切削实验,验证了基于换能器...     

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

深孔数控变径超声椭圆振动镗削加工方法研究

深孔镗削采用超声椭圆振动技术具有大幅降低切削力、抑制颤振和提高工件加工精度的优势。为充分发挥超声椭圆振动切削和数控加工优势,在研究固-固界面传振理论基础上,针对长径比大于20 的复杂内腔深孔件的加工难题,提出了一种新型数控变径超声椭圆双刃镗削加工方法,通过切削对比实验验证了超声变径双刃数控镗削比普通镗削更具有提高加工精度、表面质量、抑制颤振的优势。与普通切削相比,在相同加工参数下,加工孔直径16 mm,长径比23颐1,单边落差0. 5 mm 的深孔内腔轴类零件,超声镗削可达到表面粗糙度Ra 为0. 65 μm,表面质量和加工精度满足设计要求。数控变径超声椭圆振动镗削加工方法为深孔复杂内腔加工提供了一条有效途径。     

叠层复合材料超声振动辅助螺旋铣削制孔工艺的试验研究

针对某40CrNiMoA/玻璃纤维增强塑料（GFRP）航空叠层复合材料构件连接孔的制孔质量差和加工效率低的问题,提出了超声振动辅助螺旋铣削制孔新工艺。分析了超声振动辅助螺旋铣削制孔方法的刀具运动轨迹,给出了超声振动有效加工的振幅范围,在相同的切削速度与加工效率下,分析比较了3种不同 工艺方法的切削力、切削温度及制孔质量。试验结果表明：相对普通螺旋铣削与钻削,超声振动辅助螺旋铣削加工40CrNiMoA材料时切削力分别降低25%和40%,最高切削温度降低15.7%和22%;加工GFRP材料时,最高切削温度降幅分别为16.5%和50%,且孔出口撕裂、毛刺等缺陷明显减少,达到制造要求。     

超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究

切削加工系统稳定性是切削加工中重要问题之一.它不仅影响加工质量和生产率,而且还影响刀具和机床寿命,特别是对刚度弱的零件精密和超精密切削加工,切削加工系统稳定性问题更为突出.本文根据超声波椭圆振动切削原理,分析了其动态背向切削力的特征,提出了具有正负脉冲的超声波椭圆振动切削动态背向切削力模型.从切削动力学角度分析了椭圆振动切削对加工系统稳定性的影响,并用切削实验验证了超声波椭圆振动切削提高切削加工系统稳定性这一切削效果.     

分离型纵-扭复合超声铣削的稳定性分析

基于运动合成原理,分析了分离型纵-扭复合超声铣削加工的运动特点,阐明了其具有降低切削力、促进切屑排出以及延长刀具使用寿命的实质;基于结构动力学原理,考虑纵-扭复合超声振动对铣削系统动态特性的影响,建立了分离型纵-扭复合超声铣削加工的动力学模型和稳定域的解析模型,在此基础上应用MATLAB 7.1软件进行数值分析获得了切削系统的稳定性预测图谱(即叶瓣图);利用碳纤维复合材料进行分离型纵-扭复合超声振动铣削试验研究,试验结果与数值计算结果基本一致,验证了理论模型与稳定性叶瓣图的正确性。     

TC4切削动态特性及粗糙度形成动力学机理研究

为提高钛合金切削表面质量,通过动力学建模及试验研究,探索钛合金切削加工系统的动态特性及表面粗糙度形成动力学机理.建立单自由度刀具-工件振动系统动力学模型,研究刀具振动的动态特性,在无心车床上进行试验验证,采集刀尖振动加速度信号并测量表面粗糙度,用小波包分解加速度信号进行分析和处理.结果表明:刀尖振动加速度和位移振幅随进给速度增大而增大;加速度振动信号小波包分解后的各小波包能量较低,反映表面粗糙度也较低;刀尖振动信号中高频部分小波包的能量相对波动与表面粗糙度变化趋势相同,能量相对波动越大,表面粗糙度越大.     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究

采用AlCrN涂层整体硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金,测量周刃磨损量、切削力和切削振动。使用扫描电镜（SEM）观察刀具磨损形貌,应用能谱分析的方法研究刀具失效表面元素的分布规律。在揭示磨损机理的基础上,进一步探讨刀具磨损对切削力、切削振动的影响规律,为实现钛合金加工刀具磨损状态的在线检查提供理论和技术支持。研究表明：前刀面主要出现机械裂纹、热裂纹、粘结磨损和氧化磨损,后刀面出现机械裂纹、粘结磨损和氧化磨损;整体上,切削力和振动随着磨损量的增大而增大,但不同磨损状态对切削力和振动的影响不同。     

Chatter Suppression with Ultrasonic Elliptical Vibration Based on Energy Principle

A new method is proposed to suppress chatter, in which the ultrasonic elliptical vibration is added on the cutting tool edge. It results in the fact that the rake face of tool is separated from the chip and the direction of the frictional force between the rake face and the chip is reversed in each cycle of elliptical vibration cutting. The experimental investigations show that the chatter can be suppressed effectively by adding ultrasonic elliptical vibration on the cutting tool edge. In order to make clear the reason of chatter suppression, the mechanism of chatter suppression is analyzed theoretically from the viewpoint of energy.     

刀轴侧倾角对薄壁叶片加工变形的影响

加工变形是决定薄壁叶片加工质量和加工效率的主要因素。针对薄壁叶片加工中出现的变形问题,分析了铣削加工中的刀轴倾角,建立了刀具-工件切削力系统下的工件变形模型,并预测加工后薄壁叶片的变形规律。以控制加工变形为目标,为叶片加工规划了合适的刀具路径和加工工艺。设置不同侧倾角的对比实验,测量了切削力和加工变形,并对测量结果进行了分析。实验结果表明,薄壁叶片的实际变形规律与模型预测的结果一致,15°~20°为较优的刀轴倾角。     

镍基合金蜂窝材料冰固持条件下的超低温铣削研究

由于低刚度航天用薄壁镍基合金蜂窝材料在机械加工后常伴有卷曲、开焊、塌边等缺陷,故需改进其固持和加工方法。将该材料进行冰固持方法处理,采用数控铣床进行高速超低温加工。分析蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,揭示冰固持超低温铣削机理。试验结果表明：相比于传统固持加工方式,冰固持超低温铣削后,蜂窝表面质量有很大提高,相关加工缺陷得到了有效抑制,切削深度对表面质量影响较大;获得了加工参数对铣削力影响顺序：切深最大,可提高3倍,其次为主轴转速,进给速度最小。该方法提高了蜂窝强度,改善了断屑方式。冰固持超低温工艺为面内径向等效强度小、低刚度薄壁金属蜂窝材料的高效加工提供了新方法。