300M超高强度钢铣削力模型构建及MOPSO优化

用正交试验法对300M超高强度钢进行铣削加工,用直观分析和方差分析探究铣削力随铣削用量的变化规律,建立铣削力的经验指数模型与GA-BP神经网络预测模型,用多目标粒子群优化算法基于铣削力和材料去除率优化铣削参数.结果表明:300M超高强度钢铣削力随铣削速度增大和每齿进给量降低得到有效改善;经优化后的BP神经网络模型预测误差显著降低,两种预测模型对铣削力均有较高预测精度,但后者误差相对较低;使用经优化后的参数,铣削力有效改善.     

炮钢铣削力正交试验与数值仿真

炮钢是一种重要的兵器材料,为提高炮钢的加工精度及表面质量,对切削条件与铣削力的影响规律进行研究。采用正交试验法探讨了各种因素对铣削力的影响规律,建立了铣削力仿真模型,得出了炮钢切削深度、切削速度及每齿进给量等3个切削参数的铣削力经验公式,在加工中心上利用9257B型三向测力仪测量切削力信号,并用数值计算的方法给出相同的铣削力分布数值。结果表明：该铣削力仿真模型准确,试验数据可信。该研究方法可为金属切削理论、材料的切削加工工艺性能和优化切削工艺性能等研究提供一定的参考。     

面向难加工材料钛合金的螺旋铣孔切削参数优化研究

为合理选择航天工业难加工材料钛合金的切削参数(切削速度、切削深度和每齿进给量),提出以切削功率、刀具耐用度和孔表面粗糙度Ra为优化目标,建立螺旋铣孔切削参数优化数学模型,用帕累托多目标遗传算法求解该模型,然后用正交试验法验证目标函数数学模型的预测精度,最后对钛合金螺旋铣孔切削工艺进行实证分析。结果表明:优化解集是切削速度为40~80 m/min、每齿进给量为0.05~0.07 mm/r、切削深度为0.1~0.3 mm、Ra为0.40~0.55μm;Ra预测值误差为3%,而切削功率误差仅为1.5%,表明设计的目标函数模型具有较高的预测精度;切削参数优化结果通过了实验验证。     

高速铣削镁合金ME20M的表面粗糙度研究

为研究高速铣削参数和铣削方式对镁合金表面质量的影响,应用均匀试验设计对MgMnRE系耐热变形镁合金ME20M进行高速铣削试验,采用回归分析法建立镁合金高速铣削的表面粗糙度预测模型。结果表明:当vc为376.991 1m/min,fz为0.08 mm/z,ap为0.3 mm,ae为0.1 mm,表面粗糙度稳定在0.8μm以内;相同切削参数下,顺铣、逆铣的表面粗糙度变化趋势一致,逆铣的表面粗糙度值较小;在高切削速度、大每齿进给量、较大的切削深度条件下,顺铣与逆铣方式形成的表面形貌均出现了规律的犁沟现象。     

切削参数对高速铣削Stellite6合金切削力的影响

通过正交试验对Stellite6合金进行高速铣削加工，用极差、方差分析研究切削速度、轴向切深、径向切深和每齿进给量对切削力的影响。结果表明：在研究范围内，铣削参数对切削力的影响显著性由大到小为每齿进给量、轴向切深、径向切深、切削速度；以切削力最小为目标的最优切削参数组合为vc=100 m/min,fz=0.08 mm/z,ap=0.4 mm,ae=18 mm。     

锻压镁合金材料端面高速铣削过程中切削力特征规律分析

在切削速度471～2 356 m／min内,综合应用析因试验设计与均匀试验设计,对镁合金进行了高速铣削试验。在分析其切削力特征规律的基础上,建立了高速切削难加工材料工艺中切削力与背吃刀量、每齿进给量和切削速度之间的数学模型。试验结果表明：高速切削镁合金材料时,切削速度和每齿进给量之间的交互作用对切削力有显著影响;切削力与切削用量间存在非线性特征规律;切削用量对切削力的影响效应随切削用量的变化而发生改变。     

高速列车车体底盘连接板高速高效加工方法

针对高速列车车体底盘连接板的加工问题,提出一种高速高效的加工方法。基于工艺系统模态分析和铣 削过程动力学模型分析,采用切削加工中的再生颤振理论,对加工过程的颤振稳定域进行仿真,给出与铣削加工过 程工艺参数相关的颤振稳定域结果;在动力学仿真计算的基础上,以主要的加工工艺参数主轴转速、进给量、轴向 切削深度、径向切削深度为设计变量,以最小加工时间为优化目标进行优化计算,得到满足一定优化目标和优化条 件的工艺参数,重点以数控加工工艺参数的优化选择、金属材料去除率增加为目标的数控高速高效加工。结果表明, 该方法可形成铝合金高效切削数据手册、铝合金典型零件高效数控加工的程序和工艺规范。     

基于切削参数的齿面润滑最大油膜压力预测模型构建

为填补基于齿面加工工艺参数预测齿面润滑的最大油膜压力的空缺,以高碳铬轴承钢为实验材料,首先,通过正交实验方案进行高速切削试验,探究齿面加工切削参数对表面粗糙的影响规律;其次,通过弹流润滑数值分析计算基于高速切削加工表面粗糙度的齿面润滑最大油膜压力;最终,通过MATLAB编程构建基于正交试验法的齿面润滑最大油膜压力预测模型。结果表明:切削参数对表面粗糙度的影响程度为每齿进给量切削速度切削宽度轴向切深;最大油膜压力与表面粗糙度呈正相关,最小油膜厚度受表面粗糙度的影响较小,可以忽略;通过最大油膜压力的经验公式可以看出,最大油膜压力受切削参数的影响顺序与表面粗糙度一致。     

基于人工神经网络的铣削加工变形预测模型

针对零件铣削加工变形难以在线检测的难点,提出了一种基于神经网络的加工变形在线预测方法,通过正交试验方法设计试验方案,进行了不同铣削参数条件下的铣削试验,以试验数据为训练样本建立了基于BP神经网络的铣削加工变形与铣削参数关系的预测模型。通过生产试验验证,此模型在样本参数覆盖范围内的模型精度可达99.56%、在覆盖范围外的模型精度高于95.47%,说明该神经模型能定量的反映出铣削参数与加工变形之间的关系。     

高速铣削的非线性建模

当铣削速度提高到常规速度的5～10倍后,铣削过程将变得十分复杂.为此从动力学出发,利用切削理论和数值方法,建立了一个高速铣削的非线性动力学模型.其铣削力模型包括了铣刀的几何特征、铣削力和动态铣削力计算,以及系统动力学方程.并利用吉尔数值法编写了求解程序,程序具有自动变阶和调整步长的特点.利用该模型,可对铣削过程的特征参数如稳定性、切削力等进行预测.     

炸药切削数值模拟研究

采用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,针对HMX基PBX炸药材料的切削加工进行了切削数值模拟及相关模型的研究,完成了不同切削参数下切削力的数值计算,与实验测量结果吻合较好。研究表明,在切削宽度远大于切削层厚度的条件下,采用平面应变切削模型进行炸药切削数值模拟是可行的,等效应力失效准则适合于描述炸药切屑的断裂和分离。切削力的计算结果显示,切削力随切深和进给量的增大而增大,切削速度对切削力的影响不明显,其中,切深对切削力的影响最为显著。     

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。     

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。     

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。     

基于铣削系统动力学响应的球头铣刀铣削表面形貌建模

基于系统动力学响应完成弱刚度球头铣刀铣削系统中铣削表面形貌建模,对于提高表面质量具有重要的理论价值。为此,借助齐次坐标变换原理建立球头铣刀刀齿的运动学轨迹,按照机械建模法提出铣削力的求解方法,根据再生振动理论建立柔性刀具-柔性工件铣削系统的动力学模型,基于全离散法提出考虑变时滞效应的工艺系统动态位移求解方法,并采用线性插值法修正刀齿运动轨迹;综合Z-MAP法和数值法提出球头铣刀铣削表面形貌仿真方法,在完成加工轨迹驱动的表面形貌几何仿真的基础上,实现考虑振动诱导下工艺系统动态位移的表面形貌物理仿真;以硬质合金球头铣刀铣削7050-T6进行验证性实验。实验和仿真结果具有较高的一致性,表明该仿真方法是有效的,可以为实际加工参数的选择和优化提供理论依据。     

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。