Improved dynamic cutting force model in ball-end milling. Part I: theoretical modelling and experimental calibration

An accurate cutting force model of ball-end milling is essential for precision prediction and compensation of tool deflection that dominantly determines the dimensional accuracy of the machined surface. This paper presents an improved theoretical dynamic cutting force model for ball-end milling. The three-dimensional instantaneous cutting forces acting on a single flute of a helical ball-end mill are integrated from the differential cutting force components on sliced elements of the flute along the cutter-axis direction. The size effect of undeformed chip thickness and the influence of the effective rake angle are considered in the formulation of the differential cutting forces based on the theory of oblique cutting. A set of half immersion slot milling tests is performed with a one-tooth solid carbide helical ball-end mill for the calibration of the cutting force coefficients. The recorded dynamic cutting forces are averaged to fit the theoretical model and yield the cutting force coefficients. The measured and simulated dynamic cutting forces are compared using the experimental calibrated cutting force coefficients, and there is a reasonable agreement. A further experimental verification of the dynamic cutting force model will be presented in a follow-up paper.     

空间凸轮廓面侧铣加工及最小二乘优化刀位方法

通过对空间凸轮非等价加工方式下理论刀轴轨迹曲面微分几何特性的研究，表明加工空间凸轮工作廓面必然存在法矢异向误差。为寻求加工误差最小的最佳刀轴矢量，提出了数控侧铣加工空间凸轮廓面的方法。根据实际刀轴轨迹面是直纹面的性质，以NURBS直纹面重构理论刀轴轨迹面，采用最小二乘优化方法确定侧铣加工刀位，给出了理论加工误差模型，并通过实例的数值计算和加工实验结果证明了该方法的有效性。     

高强度钢干式铣削替代半精磨的试验研究

采用硬质合金刀片(YW1)和涂层刀片(YB415)进行了高强度钢的干式铣削代替半精磨试验研究。根据试验结果,确定适合加工该型号高强度钢的刀具材料和切削用量。以这两种刀片在不同切削用量条件下的耐用度、加工表面粗糙度和主切削力作为刀具加工性能的评价依据,同时研究了刀片的磨、破损机理和卷、排屑稳定性。试验结果表明:涂层刀片干铣削高强度钢的加工性能优异,工件加工表面质量达到半精磨水平。     

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型.以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法.加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差.对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求.误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性.     

螺杆成形铣刀廓形的仿真校验

介绍了螺杆成形铣刀廓形的参数化设计及其仿真校验方法。在AutoCAD2004平台上利用AutoLISP语言编程对螺杆螺旋槽面进行仿真加工,可实现铣刀廓形的校验,避免设计失误给生产造成损失。     

基于球面铣削的数控编程方法

针对球面的数控铣削问题,对比地分析了自动编程与手工编程的优劣。在手工编程过程中,突出了宏指令编程的技巧,为快速编写数控程序提供了参考。     

专用半自动铣床的设计

为了大批量加工铝合金小轴的花键槽，设计了专用半自动铣床。利用控制电路自动控制三个气缸的协调动作，实现了手工装上工件后的自动铣削、自动分度和完工后自动停机，使生产效率比万能铣床提高7～8倍。端面具有防转凸棱的复合顶尖实现了一个顶尖定心和防滑转的双重功能，从而简化了机床的结构，减少了工件装卸的时间。     

不等齿距端铣刀对端铣振动影响的研究

根据切削理论及端铣过程的几何关系 ,提出了单齿和多齿端铣刀的铣削力模型 ,用有限元分析软件分析了铣床的频谱 ;分析了不等齿距端铣刀的铣削力频谱 ,并在此基础上分析了不等齿距端铣刀的减振机理 ,提出了不等齿距端铣刀齿间角优化设计的依据 ,设计和制造了不等齿距端铣刀 ,并对不等齿距端铣刀和等齿距端铣刀的振动性能进行了对比实验     

硬质合金刀片锥形铣刀的CAD/CAM系统

介绍一种硬质合金刀片推形铣刀的CAD／CAM系统．本设计关键在于选择刀片在圆锥面上的位置以保证加工误差限制在允许的范围内，以及刀刃以外部分避免与被加工表面产生干涉．本系统可自动产生加工刀具所需要的数控数据。     

模具的数字化制造技术

在回顾塑性成形与模具技术发展成就的基础上，指出模具工业的重要发展趋势——数字化。提出了模具数字化制造的几项主要支撑技术，即模具数字化设计、加工、分析技术以及模具数字化制造中的资源管理技术，并对这些支撑技术的现状、研究重点以及今后发展方向进行了评述，最后指出应该从战略的高度大力开展模具数字化制造技术的研究开发和加速用数字化制造技术改造传统的模具工业。