铣削啮合几何参数提取方法的研究

铣削啮合几何参数是铣削仿真中反映切削力、变形、振动等物理性质的物理模型的组成部分或边界条件，它们尺度微小、难于提取，制约了物理模型在实际生产中的应用。针对啮合参数提取需要满足的要求，系统的分析了不同类型的啮合参数提取途径的特点，提出铣削仿真过程中工件形状不断变化的情况下准确提取铣削啮合几何参数的研究途径，以满足物理建模研究应用于生产实际的需要。     

考虑刀具变形的球头铣刀铣削力建模与仿真

提出了准确识别参与切削的切削刃段的实体造型方法；基于铣削力与切削负载之间的经验关系，建立了三分量的球头铣刀铣削力模型；通过将刀具简化为一个悬臂梁结构，给出了刀具变形计算公式；从刀具变形对刀齿切削路径影响的几何关系出发，推导了三维进给运动下的瞬时切厚表达式。在此基础上，开发了完整的球头铣刀三轴铣削过程铣削力仿真系统。仿真计算和试验结果表明了模型及算法的正确性。     

一种新的螺旋刃球头铣刀铣削力模型

为提高铣削加工的安全性和生产效率，有必要在加工实际进行之前准确地预测切削过程的物理信息，如铣削力、刀具振动等。给出了球头铣刀丸线几何模型，采用理论削力分析与实验--系数识别相结合的方法建立了新的螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真，与实验测量数据吻合良好，证明离线仿真可以对铣削力做出较准确的预测。     

切削参数对钛合金叶片铣削力的影响分析

进行钛合金叶片加工时,切削力易导致加工变形,影响加工精度和表面质量。因此利用UG软件建立钛合金叶片和切削刀具的三维模型,采用仿真软件建立铣削仿真模型,研究分析了切削参数的变化对铣削力产生的影响。对仿真所得铣削力进行极差分析,判断切削参数对铣削力的影响情况,并通过实际铣削加工试验对比仿真数据验证其准确性和可行性,基于此仿真模型对切削参数对轴向力的影响程度进行了单因素分析。研究结果表明：铣削钛合金叶片时,切削参数对切削力的影响程度从大到小依次为切削速度、背吃刀量和每齿进给量;切削速度与轴向力成反比,每齿进给量和背吃刀量与轴向力成正比。     

确定铣削力模型中刀具偏心参数的一种算法

对数控加工中球头铣刀铣削力建模时刀具偏心参数的确定进行了研究。在铣削力模型的建立中考虑了刀具偏心的影响,推导出刀具偏心参数的表达式,考虑到刀具单刃切削条件,提出了刀具偏心参数的确定算法。在通过铣削力试验数据计算铣削力系数的过程中,采用上述算法确定了刀具的偏心参数,用于铣削力的仿真预测中,仿真结果和铣削力试验的结果表明,算法效果良好。     

基于UG的小直径立铣刀应力场有限元分析

为了提高加工精度,对小直径立铣刀的应力场进行了有限元分析。通过铣削力试验,对不同切削参数下立铣刀的铣削力进行动态采集,利用UG建模模块进行立铣刀实体建模,根据铣削力试验结果给出边界条件,在立铣刀有限元模型上加载载荷,利用UG有限元分析模块获得了立铣刀切削过程中切入、切出的瞬时应力场云图,显示了切削中立铣刀应力场的变化规律。     

高速铣削过程铣削力建模及析因试验分析

根据铣削过程和铣刀的几何模型,建立铣削力的瞬时表达式和平均切削力公式,给出基于响应曲面法的切削力系数的二次多项式。综合应用析因试验设计和统计分析理论,计算切削力系数的回归系数模型并分析了切削参数对切削力系数的影响规律。     

NAK80模具钢铣削加工过程中切削力系数识别

在铣削加工过程中,切削力系数会影响加工表面质量和切削参数的选择。为了得到NAK80模具钢铣削加工切削力系数,建立了适应多种工况下的铣削力系数经验模型,通过正交铣削实验分析了立铣NAK80模具钢时各切削参数对三向铣削力系数的影响规律,并采用偏最小二乘法对铣削力系数的二次多项式经验模型进行识别。利用已建立的切削力模型和得到的铣削力系数对一组切削参数下的铣削力进行仿真分析,得出结果与实际实验对比吻合,验证铣削力模型的正确性。     

圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究

为避免在圆角铣削加工中产生颤振,建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,推导其平均方向力系数计算公式。鉴于圆角铣削时主轴转速通常远大于圆角处的进给角速度,两者的平均方向力系数近似相等。因此,经典直线铣削颤振稳定域解析模型适用于圆角铣削,前提是需要用最大径向啮合角代替名义径向啮合角进行仿真。根据铣刀与工件的啮合情况,将圆角铣削分为均匀切宽圆角铣削和非均匀圆角切宽铣削两类,并分别推导出其最大径向啮合角计算公式。在动力学建模基础上开发圆角铣削颤振稳定域仿真模块,仿真结果得到了切削试验的验证,为圆角铣削切削参数的选择提供了一条有效途径。     

基于ABAQUS/Explicit的铣削加工物理仿真技术研究

为预测铣削力,在ABAQUS/Explicit平台上建立了铣削加工物理仿真模型,以高速侧铣加工铝合金7050-T7451槽腔为例,仿真了铣削力,并与实验结果进行了对比。结果表明仿真铣削力与实际铣削力误差最大为20.89%,认为仿真模型可以代替大量的切削实验来获得不同加工参数和刀具参数下的铣削力。     

铝合金薄壁件侧壁铣削力模型理论分析

在分析现有文献有关铣削加工力学模型的基础上,对各模型的优缺点进行了评价,并针对铝合金LY12CZ材料在特定切削条件下,以加工薄壁板为例,进行了力学数值比较。提出力学模型的应用范围,为实际切削加工中切削参数的优化选取提供理论依据。     

基于薄壁件铣削力模型的应用分析

在分析现有文献有关铣削加工力学模型的基础上,对各模型的优缺点进行了评价,并针对铝合金LY12CZ材料在特定切削条件下,以加工薄壁板为例,进行了力学数值比较.提出了力学模型的应用范围,为实际切削加工中切削参数的优化选取提供了理论依据.     

基于光线跟踪法的多轴铣削加工仿真研究

在数控加工中．对数控代码进行集成的几何仿真和物理仿真，可以快速检验加工代码的正确性并对加工参数进行优化。运用光线跟踪法研究了多轴数控铣削加工的几何仿真和物理仿真问题，运用解析法对工件和刀具扫描体进行求交离散．依据数控代码提取刀位信息并计算刀具扫描体。工件与扫描体的布尔减运算，一方面可获得每一步切削结果并进行实时的立体显示，另一方面可依据材料切削速率模型实时计算切削力。     

数控铣削加工参数的多参量智能优化

提出了一种通用和智能的确定数控铣床进给速度的办法。首先简化切削力模型,并给出一个加工参数数据库的例子。建立一种基于径向和轴向切削深度和进给速度为输入的模糊系统来预测切削力。然后确定零件的几何特征,计算几何特征的接触角度,并寻找它们最佳进给率。最后,给出应用此方法的一个切削例子,并对结果在CATIA CAD／CAM系统中进行了模拟以显示次方法的优点。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

T/ R 组件封装用铝硅合金高速铣削试验研究

为解决T/ R 组件封装用铝硅合金材料普通铣削加工过程中效率较低、加工成本较高的问题,文中采用三刃硬质合金端面铣刀对某T/ R 组件封装用铝硅合金CE11 进行了高速铣削试验,探索了其在高速铣削过程中,切削量、主轴转速、背吃刀量等对切削力、切削温度的影响,分析了常用切削参数下切削力及切削温度的变化趋势及原因。通过试验得到了CE11 较为合理的高速铣削参数,对提高切削效率及加工质量有一定的指导意义。     

Decoupled chip thickness calculation model for cutting force prediction in five-axis ball-end milling

Cutting force prediction plays very critical roles for machining parameters selection in milling process. Chip thickness calculation supplies the basis for cutting force prediction. However, the chip thickness calculation in five-axis ball-end milling is difficult due to complex geometrical engagements between parts and cutters. In this paper, we present a method to calculate the chip thickness in five-axis ball-end milling. The contributions of lead and tilt angles in five-axis ball-end milling on the chip thickness are studied separately in detail. We prove that the actual chip thickness can be decoupled as the sum of the ones derived from the two individual cutting conditions, i.e., lead and tilt angles. In this model, the calculation of engagement boundaries of tool–workpiece engagement is easy; thus, time consumption is low. In order to verify the proposed chip thickness model, the chip volume predicted based on the proposed chip thickness calculation model is compared with the theoretical results. The comparison results show that the desired accuracy is obtained with the proposed chip thickness calculation model. The validation cutting tests, which are in a constant material removal rate and with only ball part engaged in cutting, are carried out. The optimized lead and tilt angles are analyzed with regard to cutting forces. The geometrical as well as the kinematics meaning of the proposed method is obvious comparing with the existing models.     

A 3D Predictive Cutting-Force Model for End Milling of Parts Having Sculptured Surfaces

A comprehensive, 3D mathematical model of desired/optimal cutting force for end milling of freeform surfaces is proposed in this paper. A closed-form predictive model is developed, based on a perceptive cutting approach, resulting in a cutting force model having a comprehensive set of essential cutting parameters. In particular, the normal rake angle, usually missing in most existing models of the same sort, is included in the developed model. The model also permits quantitative analyses of the effect of any parameters on the cutting performance of the tool, providing a guideline to improving the tool performance. Since the axial depth of cut varies with time when milling sculptured surface parts, an innovative axial depth of cut estimation scheme is proposed for the generation of 3D cutting forces. This estimation scheme improves on the practicality of most existing predictive cutting-force models for milling, in which the major attention has been focused on planar milling surface generation. In addition, the proposed model takes the rake surface on the flute of mills as an osculating plane to yield 3D cutting force expressions in only two steps. This approach greatly reduces the time-consuming mathematical work normally required for obtaining the cutting-force expressions. A series of milling simulations for machining freeform parts under specific cutting conditions have been performed to verify the effectiveness of the proposed cutting-force model. The simulation results demonstrate the accurate estimating capability of the proposed method for axial depth of cut estimation. The cutting force responses from the simulation exhibit the same trends as can be obtained using the empirical mechanic’s model referenced in the literature. Finally, from the simulation results it is also shown that designing a tool with a combination of different helix angles, having cutting force signatures similar to those of the single helix angle counterparts, is particularly advantageous.