基于BP神经网络的微铣削切削比能预测

针对微铣削加工过程中功率和加工能耗变化问题,对微铣削机床主轴系统加工功率进行了采集。建立了主轴转速、每齿进给量和切削深度3个重要切削参数影响切削比能的BP神经网络预测模型。通过45#钢子午线轮胎模具微铣削试验,获得试验数据样本来训练和检测BP神经网络,实现了不同切削参数组合下切削比能的预测,并利用遗传算法对切削参数进行寻优。预测和优化结果表明,最小切削比能可在最大切削参数组合下取得。因此在不考虑表面粗糙度和刀具磨损的情况下,高水平的切削参数组合可获得大的材料去除率和相对较小的切削比能,提高加工效率并降低加工能耗。     

钛合金型面侧壁铣削力建模与仿真

钛合金型面件侧壁的铣削一般采用整体硬质合金立铣刀进行加工,因切削力的影响,加工过程较难控制且会产生零件变形,对铣削力进行建模和预测是控制加工变形的有效措施。通过圆柱螺旋立铣刀微元切削力矢量求和及合成,建立了整体立铣刀侧面铣削过程中的瞬态切削力预测模型;采用不同进给速度条件下的铣削力辨识试验,并对平均切削力试验数据进行数值线性拟合,获得了钛合金侧面铣削试验圆柱螺旋立铣刀的剪切力和犁耕力系数。计算了不同切削参数下的四刃整体硬质合金立铣刀的瞬时切削力,并结合钛合金侧面铣削试验验证了所建立的仿真模型的有效性。这为钛合金结构件侧面铣削加工工艺参数的制定和优化选择提供了理论指导依据。     

基于载荷控制的拐角铣削进给优化*

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。     

基于BP神经网络和多元线性回归的航发叶片铣削力预测研究

针对航空发动机叶片加工过程中铣削力的变化预测和控制问题,通过研究铣削加工工艺系统的主要工艺参数,利用正交试验法确定了若干组工艺参数方案,建立了AdvantEdge FEM叶片二维铣削模型完成了叶片铣削仿真试验;提取了仿真试验的铣削力,通过方差分析确定了不同工艺参数对铣削力变化影响能力的强弱;利用影响能力强的参数设计了对比试验,建立了BP神经网络铣削力预测模型和多元线性回归铣削力预测模型,比较分析了两种预测模型对铣削力的预测能力。研究结果表明:铣削深度对铣削力变化的影响最大,其余影响较小;BP神经网络预测的准确度和稳定性整体上优于多元线性回归。     

薄壁结构件铣削参数有限元正交优势分析及优化

大型整体薄壁结构件在航空、航天工业中得到了广泛应用。但由于其刚性差,在铣削加工过程中常常出现铣削力过大而引起较大的变形,严重影响工件的加工质量和精度。针对上述问题,提出一种有限元正交优势分析方法,用以优化铣削参数,减小铣削产生的零件变形。该方法采用正交试验设计规划指导有限元铣削加工变形分析的参数方案设计,通过不同方案的计算结果研究分析铣削速度、铣削深度、铣削宽度、每齿进给量对加工变形的影响,得到各铣削要素选择的较好水平;采用优势分析方法对正交试验结果进行处理,得到各铣削要素对加工变形的贡献率,从而确定优化的铣削加工方案。以某薄壁框类零件为例得到了铣削参数的优化组合,经过验证,优化后的试验方案减少了铣削产生的最大变形量,证明了该方法的可行性及有效性。     

基于低能耗的平面端铣削粗/精加工参数全局多目标优化

以平面端铣削粗/精加工过程为研究对象,根据变频调速铣床主轴电机运行特点,提出分段空载功率函数模型,构建铣床粗/精加工总能耗模型及总生产率模型,并通过相应实验对模型进行完善。结合实际生产建立粗/精加工过程约束条件。选取企业实际生产案例,采用遗传算法对选定加工特征的粗/精端铣削过程进行全局多目标优化,并与传统只针对粗加工或精加工的局部铣削参数优化进行比较。实验结果表明,与优化前相比,局部优化后的粗/精加工总能耗下降了12.51%,全局优化后的粗／精加工总能耗下降了15.04%;局部优化后总加工时间缩短了18.48%,全局优化后总加工时间缩短了21.26%。     

基于动力学约束的端面铣削工艺参数优化

工艺参数优化对提高切削过程的加工效率和加工成本具有重要意义。将铣削系统动力学作为主要约束条件,提出端面铣削工艺参数的多目标优化模型。基于铣削系统动力学分析,得到了综合切削稳定性、工件表面粗糙度、主轴转速、切削力、切削功率等约束的工艺参数多目标优化模型。通过调节权重系数实现优化方向的控制,并采用快速粒子群算法对工艺参数进行优化计算。工艺优化实例及试验表明,采用基于动力学约束的工艺参数优化方法可以获得较好的工艺参数优化结果。     

基于数控铣削加工时域仿真的工艺参数优化

在瞬时刚性铣削力模型基础上,实现了铣削力、机床主轴切削扭矩和功率、刀具变形及切屑厚度的仿真,并提出了基于铣削加工过程时域仿真的加工工艺参数优化方法。实验证明该方法简单实用,有效提高了材料去除速率和机床的主轴功率利用率,从而使机床的加工效率明显提高。     

面向高效节能的复杂曲面分区数控铣削加工优化方法

复杂曲面加工常采用统一的切削参数和刀具路径完成整个曲面加工,未考虑复杂曲面几何特性变化对能耗和加工时间的影响关系。以复杂曲面为研究对象,根据曲面曲率特性并运用模糊聚类算法对复杂曲面进行分区。在此基础上,针对每一个分区曲面,采用正交试验方法确定能耗和加工时间综合最优的切削参数和刀具路径,即实现复杂曲面加工总能耗最低和加工时间最短。最后,将所提出的曲面分区铣削优化方法与传统曲面整体铣削方法作对比,验证了所提方法的有效性。     

汽轮机转子轮槽铣刀切削力仿真及参数优化

针对汽轮机转子轮槽铣削加工过程中工艺参数难以确定的问题,利用有限元软件DEFORM-3D建立铣削仿真模型,模拟分析转子轮槽铣削过程中的切削力,并结合正交试验的方法,设计不同切削用量不同水平的正交试验表,研究铣削速度、进给量、背吃刀量对切削力的影响规律。以铣削过程中的切削力的大小为优化目标,通过极差及方差分析获得最优参数组合,并将最优参数组合切削力仿真值与理论值进行对比分析,以验证有限元数值模拟应用于轮槽铣刀铣削过程的可行性,对汽轮机转子轮槽铣削加工过程参数的优化具有一定的参考价值。     

Cr12模具钢铣削性能的研究

铣削模具钢时,切削参数不仅是影响加工效率的因素,同时也是影响工件加工过程中切削力和加工后的表面质量的重要因素。通过试验分析与理论解析,讨论了使用平头立铣刀在垂直加工中,各主要加工参数对切削力与表面粗糙度的影响;提出了淬硬Cr12模具钢的切削力的计算公式;同时对其不同加工条件下获得的表面粗糙度进行分析,提出通过改变切削条件,减小切削力同时获取合适的表面粗糙度的加工方法。     

拼接淬硬钢铣削特性有限元模拟

研究了拼接淬硬钢过渡区的铣削加工过程,建立了不同硬度下的Cr12MoV淬硬模具钢的本构关系式,采用有限元法对单一硬度和多硬度过渡区的铣削加工过程进行了数值模拟,分析了铣削力的变化规律,揭示了铣削温度场的分布形式。数值模拟结果表明通过有限元模拟的方式可以准确地得到多硬度过渡区的铣削力和温度场的相关信息,铣削力稳定性、温度场分布均匀性与铣削深度等铣削工艺参数有着密切的关系,通过合理的工艺参数优化可以实现过渡区的稳定加工,产生连续而均匀的切屑,形成高质量的表面。     

模具平面铣削加工动态仿真研究

在平面铣削颤振产生机理的基础上,简单论述了一种更精确有效的动态铣削力理论模型的建立过程,该模型充分考虑瞬态切屑的厚度及有效前角对动态铣削力的影响。在此基础上,运用数字仿真技术在频域内建立起动态铣削力和刀具-工件系统的相对振动位移的计算机仿真模型。利用该仿真模型,可以实时显示不同工艺参数和加工参数状态下动态铣削力的数值及其功率谱密度图形以及刀具-工件系统的动态振动位移图形。仿真结果将为预测和消除铣削过程的颤振现象,保证加工质量和加工效率,延长刀具使用寿命提供可靠的依据。     

钛合金薄壁件超声振动辅助铣削工艺研究

在钛合金薄壁件的铣削加工过程中,存在薄壁件变形大、加工精度低等问题,为此,提出了一种基于超声振动的辅助铣削加工工艺方法。首先,分析了钛合金材料的切削变形机理,得到了影响工件变形的关键因素,为后续参数指标分析提供参考;然后,利用ABAQUS有限元仿真软件,对钛合金薄壁件的形变和受力情况进行了分析,讨论了超声振动的作用机理及其对切削力的影响;最后,在超声辅助条件下,通过单因素试验,研究了不同工艺参数对薄壁件铣削形变量的影响规律。研究结果表明：超声振动辅助加工可有效解决薄壁件铣削变形问题,大幅提高其加工精度;随着主轴转速和超声功率的增加,薄壁件的变形量呈逐渐降低的趋势;而随着进给速度的增加,薄壁变形量呈逐渐增加的趋势。该试验结果与仿真结果基本一致,与理论值的平均误差在5%以内,由此可见,该结论可为钛合金薄壁件铣削加工中参数的选择和优化提供参考。     

基于Deform-3D的转子轮槽加工切削力仿真研究

针对汽轮机转子轮槽铣削加工中工艺参数难以确定的问题,利用Deform-3D软件对转子轮槽铣削过程中的切削力进行了仿真研究。建立了轮槽铣削仿真模型,分析了不同切削用量在转子轮槽铣削过程中对切削力的影响,找出了背吃刀量等参数对切削力的影响规律,从而为转子轮槽铣削加工过程参数的优化提供了借鉴。     

基于有限元模拟的Ti6Al4V铣削过程参数多目标优化

为使切削加工过程满足环境意识制造（ECM）的要求,针对质量指标（表面粗糙度）和ECM指标（能耗）,针对Ti6Al4V的铣削过程,采用人工蜂群（ABC）算法优化的高斯过程回归（GPR）方法构建有限元代理模型,并采用多目标粒子群优化（MOPSO）算法获得满足最优加工目标的加工参数。为减少试验成本,采用有限元仿真软件Deform-3D获取各铣削参数组合对应的表面粗糙度和能耗数据,并通过物理试验验证其有效性;基于仿真数据,利用改进的GPR方法构建预测表面粗糙度和能耗的代理模型,并对比了该模型与其他两种模型的性能,证明了改进模型在精度和响应时间上的优势;采用MOPSO算法,以最小能耗和优良表面质量为目标,优化得到加工参数的Pareto前沿,并用物理试验验证了ABC-GPR-MOPSO算法的有效性。     

不同烧结工艺下3Y-TZP陶瓷的铣削性能研究

本文对不同烧结温度下的预烧结3 Y-TZP陶瓷开展铣削试验,分析了不同铣削参数对3 Y-TZP陶瓷铣削力、铣削温度的影响规律,并对切屑形态和已加工表面质量进行了研究.结果表明:3 Y-TZP陶瓷的切削性能随预烧结温度显著变化,在1100℃及以下,已加工表面的凹坑缺陷较严重;在1300℃及以上时,因铣削力和铣削温度过高而...     

超声波铣削加工材料去除率的理论模型

超声波铣削加工适于硬脆材料复杂型腔的加工，加工中影响材料去除率的因素很多，为了优化加工参数以及更好地控制加工过程，研究了各种加工参数对材料去除率的影响规律。分析了工具的高频振动、旋转以及机床进给三种运动综合作用下超声波铣削加工的材料去除机理，在传统超声波加工机理以及材料去除率模型的基础上，基于压痕断裂理论，建立了超声波铣削加工材料去除率理论模型。该模型可用于仿真实验研究及预测超声波铣削加工中的材料去除率。     

考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化方法

在数控车削批量加工过程中,刀具磨损的加剧会导致能量消耗显著增大.针对现有节能优化研究忽略了刀具磨损状态和工艺参数对能耗的协同影响的问题,提出一种考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化方法.首先,分析刀具磨损和工艺参数对数控车削批量加工能耗协同影响机理;基于此,以批量加工总能耗最低和完工时间最小为目标,以不同刀具磨损状态下的工艺参数为优化变量,建立了考虑刀具磨损的数控车削批量加工工艺参数节能优化模型,并采用多目标模拟退火算法进行优化求解.与经验方案相比,通过算法优化得到的加工方案总能耗降低14.9％,总时间降低9.8％,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于响应面法的薄壁件铣削参数有限元优化

铝镁合金薄壁结构件在航空工业中广泛应用,但在其加工过程中常因为刚度不足而引起变形。针对上述问题,提出一种基于响应面法的铣削加工参数有限元仿真方法,可有效控制变形及加工质量。对圆柱螺旋立铣刀的铣削加工过程建立刀具平均切削力模型,并将该模型应用于有限元仿真试验。通过对Box-Behnken法设计的四因素三水平试验结果进行分析,探讨了切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量等4个因素与切削变形的关系。同时,以工程中的典型薄壁结构件为例,优化了该类薄壁结构件的铣削参数,经有限元仿真验证,该优化方法能够有效控制铣削过程的变形。