球头刀多轴铣削表面形貌建模仿真研究

基于铣削加工刀位轨迹,通过建立球头刀多轴铣削过程中切削刃上任意点相对工件运动的轨迹方程,求解铣削加工表面点形貌高度值.研究了进给方式、刀具倾斜方式、倾斜角度与主轴偏心等因素对加工表面形貌及粗糙度的影响.该算法的优点在于勿需对刀齿进行离散,也不需对工件进行三维网格划分,通用性好.仿真结果与实验及文献结果对比表明,算法对工件表面微观几何形貌和粗糙度的预测准确度高,对实际加工中合理选择加工参数具有指导意义.     

高速铣削45淬硬钢时表面粗糙度的试验研究

使用TiAIN涂层的整体超微粒碳化钨球形立铣刀,在固定主轴转速20000 r/min和工件倾角10°～60°的切削条件下,对硬度为43HRC的45淬硬钢进行了高速铣削试验,研究了工件倾角对已加工表面粗糙度的影响.研究结果表明:工件倾角的大小对已加工表面粗糙度有明显的影响,在倾角为10°～30°时,表面粗糙度随着工件倾角的增大而降低;此后,随着倾角的进一步增加,表面粗糙度有所升高.进一步地,分析了倾角对切削速度的影响,认为切削速度的巨大改变是造成粗糙度变化的主要原因.     

铝合金连杆大端孔高速切削表面质量的试验

在高速切削过程中,切削速度、进给速度是影响加工表面粗糙度的决定性因素．用PCD刀具对铝合金孔进行高速切削时,对不同切削参数下的表面粗糙度变化规律进行了理论分析和试验研究．通过试验确定的合理参数值可提高产品的加工质量．     

基于球头铣刀刀具姿态的铣削稳定性影响机理分析

铣削颤振不仅会导致加工零件表面产生振纹，降低加工零件的表面质量，而且会加剧刀具的磨损和降低机床的寿命.针对加工过程中球头铣刀的刀具姿态对颤振的影响，构建刀具姿态影响下的铣削动力学模型，运用三阶牛顿-埃尔米特插值全离散法对铣削动力学模型进行求解，得到系统状态转移矩阵.用Floquet理论判断铣刀在不同刀具姿态下的铣削稳定性，构建球头铣刀的刀具姿态稳定性预测图.试验确定水平向上走刀方式稳定性最好，工件表面粗糙度最低，验证了稳定性预测图的有效性.     

复杂曲面加工过程准适应控制

建立了复杂曲面加工准适应控制系统．该系统以切削功率和工件表面粗糙度为约束，通过改变刀具切削进给速度，改善了机床切削特性，提高了加工效率．且该系统适用于任意数控机床．     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

立方氮化硼等刀具加工淬硬钢的切削性能探讨

本文探讨了立方氮化硼(CBN)、陶瓷、硬质合金刀具精车55~#淬火钢(HRC45～55)时的刀具耐用度和加工表面粗糙度的变化规律.研究表明:在本文的试验条件下,陶瓷刀具比 CBN 刀具耐用度高,而用 CBN 刀具切削可以得到极佳的表面粗糙度.在一定条件下,一些刀具的耐用度随切削速度的升高而提高,对于 CBN 刀具来说,其原因是高速下磨损带上形成的保护膜减轻了刀具磨损.文章还揭示了工件材料硬度、刀具几何参数、切削用量等因素对加工表面粗糙度的影响.文章对于在无积屑瘤的切削条件下切削速度和工件硬速度对加工表面粗糙度的影响提出了新的见解.     

刃口半径对钛合金铣削力和表面粗糙度的影响

为了研究刀具刃口锋利度对刀具寿命和加工质量的影响,采用不同锋利度的刀具对钛合金进行了切削加工实验。采用钝化前后的刀具及不同钝化效果的刀具进行了切削实验,并以航空领域常用的TC4钛合金为加工对象,以切削力和表面粗糙度为主要因素对刀具性能和加工质量进行了对比分析。由于钝化后的铣刀刃口锋利度降低,铣削加工时钝化刀具产生的铣削力及加工后的表面粗糙度均大于未钝化的铣刀,且铣刀刃口圆弧半径对刀具性能及加工质量也具有重要影响。通过刀具钝化方法对刀具角度进行合理钝化后,刀具使用寿命可提高1倍左右。     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

刀具几何角度对高速铣削性能影响的仿真分析

切削力和切削温度是影响刀具耐用度及被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等影响很大。因此,合理地选择刀具几何角度对提高刀具使用寿命和生产效率、降低生产成本具有重要意义。以铝合金7075-T651高速铣削为研究对象,借助金属切削工艺软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,并结合单因素法,分析了不同刀具角度的选择对切削力和切削温度的影响。该结果为高速铣削刀具几何角度的选择提供参考。     

柱形棒铣刀铣削锥形螺杆的切削形面产生机理

为了采用柱形棒铣刀实现几何形状较复杂部件螺杆挤出副的高精度铣削加工,根据刀具与工件的空间几何关系,利用柱形刀具截面与工件的实际切削点建立数学模型.经过理论分析推导出在开槽和精加工时由柱形棒铣刀所铣削的实际螺旋形面,说明了其为近似倒锥形而非圆柱形,进而提出了由反求计算校正铣刀摆角的方法,并通过实际试切实验验证了理论分析的正确性.该方法可用于实际切削加工前的计算,以正确确定刀具摆角,有效提高锥形螺杆曲面的加工精度和效率.     

球头铣刀切削力的预报

针对球头铣刀铣削特点,采用微分化方法建立了球头铣刀切削力数学模型．通过对球 头铣刀铣削微元切削层参数的描述,分析了切削层厚度对球头铣刀主切削力的影响．为实现球 头铣刀切削力的准确预报及铣削工艺参数的优化奠定了基础．     

刀具前角对螺纹铣刀铣削性能影响的仿真分析

为合理选择刀具前角,提高刀具使用寿命和螺纹加工效率,对某可转位螺纹铣刀铣削加工45号钢进行研究。借助金属切削工艺有限元软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同刀具前角对切削力和切削温度的影响,进而优化选择合理的铣刀前角,为实际螺纹铣削加工刀具前角的选择提供参考。     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.     

航空薄壁框类零件铣削加工表面质量研究

刀具-薄壁深腔框类零件是一个弱刚性系统,在铣削力作用下,刀具及框类零件的薄壁结构发生挠曲,出现欠切与过切,从而使加工厚度产生偏差,严重影响工件加工精度和表面质量.首先介绍铣削力的计算方法,在此基础上研究刀具弯曲、壁板挠曲对加工表面质量的影响.采用有限元法依次计算任意加工点处刀具及壁板的刚度,推导铣削薄壁框类零件时厚度偏差的计算,提出极限铣削力概念.通过数值算例,研究减小加工偏差的方法,提高航空薄壁零件加工精度.     

汽车覆盖件模具的非球头刀宽行加工方法

汽车覆盖件模具型面一般是由大面积平坦面和一定陡立面结合的构成的自由曲面.针对汽车覆盖件模具粗加工及半精加工中球头刀效率低的问题,将非球头刀的宽行加工应用于汽车覆盖件模具粗加工与半精加工过程,在工艺上使用环形刀加工陡立面,高进给铣刀加工平坦面的组合加工方式来代替普通球头刀加工,论述了高进给铣刀在加工平坦类曲面中的优势,提出了平底类刀具铣削平坦凹曲面的最小曲率半径判定原则,并对环形刀和高进给铣刀铣削区域内的刀路轨迹进行优化.最后,在三轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明:宽行加工工艺与球头刀加工相比可提高加工效率44.75%.     

涡旋曲面铣削加工工艺改进

涡旋线是一种曲率在时刻变化的复杂曲线,涡旋面铣削加工中,动态前后角、切削层厚度(切深)以及切削力都随之变化,如果切削用量设计不当,将使动态切削状态恶化,严重降低刀具寿命,影响加工效率,这些影响切削性能的因素都与进给量直接有关。当曲率增大,切深加大,动态后角变小,以及切削力增加,这种现象明显地表现在涡旋曲线接近中心的部位,往往导致刀具急剧磨损以致断裂,严重影响生产率。因此涡旋曲面铣削加工进给率计算必须考虑其曲率的变化,但通常是根据经验按曲率的变化分段安排进给率,不是以精确计算为依据。为了改进涡旋曲面铣削加工工艺,本文工作结合涡旋压缩机主体涡旋盘常用的涡旋线建立数学模型,计算单位时间进给的切削层厚度,提出进给率优化方法,并利用Weilenmann方法计算相应的切削力,参照工艺性和经济性的要求、改善现行的涡旋加工工艺。     

端面铣刀盘直径的确定

针对端面铣刀盘直径确定的问题,分析了工件宽度Ac、切削方式、切入角ε和切离角β与之的关系,进而确定了铣削方式和铣刀盘直径的确定方法.对实际应用提供了很大的方便.     

薄壁零件的切削颤振研究进展

刀具与工件之间的颤振,一直是学术界和工程界的研究热点。薄壁结构零件由于自身结构特点,在加工过程中极易发生变形和切削颤振,这对提高加工质量和加工效率十分不利。回顾切削颤振的机理研究历史,尤其是铣削加工稳定性的机理、动力学模型以及薄壁结构零件铣削颤振的研究情况,并综合介绍国内外在颤振预报与控制方面的研究进展,为最终实现减小或消除加工颤振的研究目的提供有益的参考。