基于力最小的自由曲面铣削加工刀具路径优化

鉴于自由曲面在各领域的应用情况和其加工的难度,提出一种自由曲面铣削加工的刀具路径优化方法,结合铣削加工的机制,在方法中采用加工力最小为路径的评价指标,并通过仿真实例来说明文中方法的有效性,为自由曲面加工提供一种可行的刀具路径优化方法。     

CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具研究进展

介绍了模具石墨的性能特点和切削加工机理,指出了复杂结构电火花石墨模具铣削加工中的困难,提出了CVD金刚石涂层刀具的解决方案。在此基础上介绍了国内外CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的工艺特点以及加工中CVD金刚石涂层刀具的磨损机制和破损失效形式,并列举了CVD金刚石涂层刀具在石墨模具高速铣削加工的应用,指出CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工可解决石墨模具难以加工这一难题,若能进一步解决CVD金刚石涂层刀具的膜-基结合力和表面粗糙度问题,预期CVD金刚石涂层刀具高速铣削加工石墨模具可得以广泛推广应用。     

计算机控制纳米胶体射流抛光的实验研究

将所设计的纳米颗粒胶体射流加工系统与计算机控制技术结合,实现了计算机控制纳米颗粒胶体射流加工,可将其应用于小曲率半径非球面和自由曲面元件的超光滑表面加工。本试验对一非球曲面高纯石英玻璃元件进行纳米颗粒胶体射流超光滑表面加工,用表面轮廓仪测量了纳米颗粒胶体射流加工前后该高纯石英玻璃元件的表面轮廓曲线。实验结果表明:计算机控制纳米颗粒胶体射流加工,实现了可控的微/纳米材料去除,该非球曲面元件轴向最大去除量为900 nm。原子力显微镜检测结果表明:该元件轮廓截面曲线上的表面粗糙度由Ra2.860 nm降低到Ra0.460 nm。采用纳米颗粒胶体射流技术对小曲率曲面及自由曲面进行超光滑表面加工,是一种确定性超光滑表面的加工方法。     

碳纤维/树脂基复合材料铣削表面粗糙度及表面形貌研究

目的研究了CFRP材料铣削加工过程中,部分主要工艺对CFRP材料加工表面质量的影响规律,为工艺参数优化,提高此类零件的表面质量提供依据。方法设计了CFRP材料铣削中的切削参数、刀具结构、加工方法与加工表面粗糙度及表面形貌之间的单因素试验。通过单调改变一个切削参数而其余切削参数不变,得到了工件表面粗糙度和表面形貌随切削参数、刀具结构、加工方法的变化规律。结果当铣削速度增大时,工件的表面粗糙度变化不大,表面微坑缺陷的数量却有所增加,但变小、变浅。当进给速度增大时,工件表面粗糙度呈上升趋势,表面缺陷也随之增加。无涂层多齿刀具铣削后的工件表面粗糙度最大,其次是金刚石涂层多齿刀具铣削的工件,最小的是金刚石涂层交错齿刀具铣削的工件。多齿刀具加工后的表面有较多的微坑缺陷,但普遍深度较浅且面积较小。交错齿刀具对分层缺陷的抑制作用最明显,但在左旋和右旋刀齿交错处容易出现较严重的加工缺陷。与普通机械加工方法相比,超声振动加工方法得到的工件表面质量较好,可以有效减少表面微坑缺陷,改善CFRP铣削加工表面质量。结论 CFRP材料铣削加工时,为了获得较好的加工表面质量,切削参数应选用较高的切削速度和较低的进给速度,切削刀具宜选用多齿带涂层刀具。和普通机械加工方法相比,超声振动铣削加工方法更为有利于获得好的表面质量。     

新型超高强钛合金TB17铣削加工表面完整性试验研究

采用硬质合金刀具对TB17钛合金进行铣削加工试验,研究了刀具前角、后角和螺旋角对钛合金加工表面完整性的影响。结果表明:在试验参数范围内,TB17钛合金铣削加工表面均呈现为残余压应力;前角增大,表面粗糙度和表面显微硬度增加,表面残余压应力先减小后增加;表面粗糙度和表面残余压应力均随着后角的增大而减小;螺旋角增大,表面粗糙度和表面残余压应力均呈现出先减小后增加的趋势;TB17钛合金铣削加工表面形貌由均匀间隔突起的棱脊与深浅不一的沟槽组成,刀具几何参数和刀具磨损状态会对加工表面形貌产生显著的影响。     

微织构刀具超声铣削航空铝合金的研究

目的 为了提高7075航空铝合金的使用性能,将微织构刀具和纵扭复合超声铣削复合,形成一种微织构刀具超声复合铣削工艺.方法 通过微织构刀具铣削和微织构纵扭复合超声铣削两种加工方法,对7075-T6航空铝合金进行切削试验,分析主轴转速、每齿进给量以及铣削深度对工件表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表面织构形貌的影响.结果 在切削参数相同的情况下,微织构纵扭复合超声铣削工艺所获工件表面粗糙度数值相较于微织构刀具铣削工艺加工工件降低了4.7％～13.2％,显微硬度增加了1.13％～2.35％,工件表面残余应力变为压应力,最大数值稳定在–10.84 MPa,加工工件表面形成了较为统一、规整的"鱼鳞网纹"织构形貌.其中,加工工件表面粗糙度数值与主轴转速成负相关关系,而与铣削深度、每齿进给量成正相关.加工工件表面显微硬度和残余应力则是随着主轴转速和每齿进给量的增大而增大,而铣削深度对加工工件的显微硬度和残余应力的影响不显著.结论 相比微织构刀具铣削,微织构纵扭复合超声铣削能有效地改善加工工件表面的完整性.     

铝合金的镜面切削加工

有各种方法可以用来定性地和定量地测定金刚石刀具切削加工工件表面的质量,特别是表面的显微粗糙度和残余应力被用来作为工件表面质量的主要评价因素。也就是说,反射镜的可用性、磁盘的存储容量和金刚石刀具切削加工表面等其他性能都取决于表面质量。表面粗糙度和残余应力的大小取决于机加工过程的条件,在本研究的情况下,取决于单晶金刚石刀具切削的条件。根据上述各点,本文研究了在各种机加工条件下,单晶金刚石刀具的寿命、耐摩性能以及它们对工件表面层的显微粗糙度和残余应力的影响。     

T2纯铜高速铣削刀具磨损对表面形貌的影响

目的 满足T2纯铜与日俱增的加工需求,改善T2纯铜的加工质量,探究不同铣削速度下刀具损伤和已加工表面形貌之间的内在联系。方法 根据单因素试验结果,研究铣削速度对于刀具磨损的影响。在磨损刀具铣削力模型和已加工表面应力模型的基础上,从铣削力、刀具损伤形式以及磨损机理出发,分析刀具磨损对于已加工表面质量的影响,解析表面缺陷产生的原因,并通过光学和电子显微镜对磨损后的刀具表面形貌及已加工表面缺陷进行分类表征。结果 当铣削速度较低时,刀具严重的崩刃现象引起了系统铣削力急剧增加,这极大的破坏了铣削系统的稳定性和已加工表面的应力状态,并导致表面粗糙度增大,形成颤振波纹、表面撕裂等加工缺陷。而当铣削速度较高时,由于刀具的损伤较轻,铣削系统相对稳定,已加工表面仍然保持较好的加工质量,特别是铣削速度为600 m/min时,表面粗糙度Sa和Sq的值达到了1.80 μm和2.25 μm,在刀具磨损后仍然分别保持在2.20 μm和3.10 μm左右。结论 在T2纯铜的铣削加工中,提高铣削速度对延长刀具寿命,改善已加工表面质量有积极作用。     

钛合金Ti-6Al-4V纵扭超声铣削残余应力试验研究

目的 提出将纵扭超声振动和铣削加工相复合,对钛合金Ti-6Al-4V进行试验研究,探索工艺参数对加工残余应力的影响规律,实现钛合金的压应力抗疲劳制造。方法 通过试验对比分析了纵扭超声铣削和传统铣削在切削力、切削温度和残余应力的差异性。采用正交试验和单因素试验相结合的方法,同时考虑因素交互作用,研究了加工参数、冷却润滑条件以及刀具磨损对加工残余应力的影响。结果 相较于传统铣削,纵扭超声铣削能够使平均切削力降低约16.3%,切削温度降低约25.6%,表面残余压应力值增加31.3%。在所选参数范围内,径向切深对表面残余应力的影响较大（贡献率为34.1%）,而振幅影响较小（贡献率为6.5%）。表面残余压应力值随着铣削速度、每齿进给量以及径向切深的增大有不同程度的降低,随着振幅的增大有一定程度的提高。采用乳化液作为切削液能够提高加工表面的残余压应力值,而干式切削能够获得和在水、油切削液条件下相当的加工表面残余压应力值。工件表面的残余压应力值随着刀具磨损的增加而逐渐减小。结论 纵扭超声铣削能够有效降低切削力和切削温度,提高加工残余压应力值,同时选择适当的工艺参数及润滑冷却条件可进一步增大表面压应力值,可作为一种可靠的压应力制造技术。     

模具自由曲面球头刀高速铣削点速度研究

球头铣刀高速铣削是加工模具自由曲面的重要工艺方法。在分析自由曲面铣削中球头刀铣削点和零件加工曲线几何位置关系的基础上,探讨球头刀铣削点的运动规律,得到加工模具自由曲面过程中球头刀铣削点的线速度和角速度方程。铣削点的速度方程将为研究球头刀的均匀磨损提供必要的理论依据,为曲面零件的超精密加工打下提供参考。     

自由曲面铣削表面形貌仿真方法研究

鉴于表面形貌仿真对于自由曲面零件表面质量控制和工艺参数优化的重要意义,文章从运动学角度出发分别建立自由曲面工件和刀刃扫掠点的数学模型,然后运用Z-map法对上述模型进行逻辑求交以获取表面形貌特征点,并基于特征点完成自由曲面铣削表面形貌仿真。此外,文章提出一种用于求解切削时刻与其对应刀位点位置之间映射关系的新型矢量检索算法,该算法无需建立描述刀具轨迹的三向运动方程,具有编程简单、易于实现的优点。通过仿真实例可以证明,基于新型检索算法的表面形貌仿真模型是合理有效的,可广泛用于自由曲面零件铣削加工表面质量的预测。     

铣削残余应力离散性实验研究

为了了解铣削加工表面残余应力的离散特征,对45钢在干切削和浇注润滑状态下分别进行粗/精铣削加工实验;采用数理统计方法对试样加工残余应力的离散性进行研究。实验结果表明:铣削残余应力有着明显的离散性,比车削残余应力大;铣削残余应力离散性主要来源于切削过程热力耦合的随机变化和铣削的刀具-工件复杂运动;工艺条件可以在一定范围内影响铣削残余应力离散性,粗加工的离散性比精加工大,浇注润滑离散性比干切削小。     

刀具走刀方式对TC11薄壁件铣削表面质量影响规律研究

目的研究TC11薄壁件铣削加工过程中刀具走刀方式对加工表面质量的影响规律。方法采用单因素试验法,进行了钛合金薄壁件的铣削试验,得到了TC11薄壁件铣削刀具走刀方式对表面粗糙度、表面残余应力和表面显微硬度的影响规律。结果对于TC11薄壁件铣削,HU(水平向上)走刀方式获得的表面粗糙度为0.46μm,VU(垂直向上)走刀方式获得的表面粗糙度为0.74μm。两种走刀方式获得的表面残余应力均为压应力,VU走刀方式下的残余应力比HU走刀方式下的残余应力大。另外,随着加工深度的增加,两种走刀方式获得的残余应力值都减小,HU走刀方式下试件的残余应力影响层深度为65μm,VU走刀方式下的残余应力影响层深度为43μm。两种走刀方式下的显微硬度均呈现先软化再硬化,最后趋近于基体硬度的趋势,VU走刀方式下工件的硬化程度比HU走刀方式下稍严重。结论刀具的走刀方式对TC11薄壁件铣削加工表面各特征量的影响规律不相同。对于加工表面粗糙度,HU走刀方式能够获得更好的加工表面粗糙度。对于加工表面残余应力,两种走刀方式获得的残余应力属性相同,但数值不同。随着加工深度的增加,两种走刀方式获得的残余应力变化规律相同,但最大影响深度有所区别。对于加工表面显微硬度,两种走刀方式的影响规律一致,但工件的硬化程度有所区别。     

复杂螺旋曲面铣削加工刀具的廓形设计

针对螺杆压缩机第三代型线的特点,研究用于螺旋曲面加工的铣削刀具的廓形设计.文章依据刀具回转面与螺旋曲面的包络原理,以用于螺旋曲面加工的铣削加工刀具--盘形铣刀的设计为研究对象,采用微分几何曲线曲面的构建方式,首先建立了螺旋曲面的特性方程,然后根据刀具与工件的接触条件建立接触线方程;提出了加工螺旋面用盘形刀具廓形设计的基本理论和方法,并通过实例验证了盘形刀具设计的理论计算公式.结果表明,铣削加工螺旋曲面的盘形刀具截形设计的关键是建立接触线方程,借助Matlab软件进行数值运算而求出刀具廓形的坐标是精确的,且能够满足产品设计要求.     

刀具基体表面织构化对硼掺杂金刚石薄膜性能的影响

目的分析硼掺杂织构金刚石薄膜的微观组织结构和表面质量,并探究刀具基体表面不同织构对薄膜结合强度和切削性能的影响。方法通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法,分别在表面有椭圆织构、沟槽织构和无织构的硬质合金刀具上制备硼掺杂金刚石薄膜(BDD)。运用扫描电镜(SEM)观察各薄膜表面及横截面形貌;使用白光干涉表面三维轮廓仪观测各薄膜表面粗糙度;通过拉曼光谱仪检测各薄膜组织结构;通过铣削试验分析各薄膜刀具的切削性能。结果经测试,硼掺杂无织构金刚石薄膜(Boron doped un-textured diamond film,BDUTD film)的粗糙度为299.9 nm,硼掺杂椭圆织构金刚石薄膜(Boron doped elliptical texture diamond film,BDETD film)及硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜(Boron doped groove texture diamond film,BDGTD film)的粗糙度分别为333、323.9nm,粗糙度略有增加。三种金刚石薄膜的厚度均为18μm,在相同切削条件下,经过铣削碳/碳-碳化硅(C/C-Si C)复合材料420 s后,BDUTD薄膜的剥落程度及其刀具磨损程度明显大于BDETD薄膜和BDGTD薄膜。结论硬质合金刀具基体表面织构化能够有效提高薄膜的结合强度,从而提高刀具的耐磨性。其中硼掺杂沟槽织构金刚石薄膜的切削性能相对更好,与普通硼掺杂金刚石薄膜刀具相比,硼掺杂织构金刚石薄膜刀具具有更长的使用寿命。     

机械研磨单晶金刚石刀具前刀面精度

为提高金刚石刀具的精度,理论分析机械研磨法加工金刚石前刀面的模型,并实验研究研磨盘表面质量和研磨晶向对金刚石刀具前刀面粗糙度的影响。结果表明:研磨盘经过充分平整后,刀具前刀面的粗糙度R_a由1.308 nm下降到0.920 nm。在(110)晶面精细研磨时,<100>晶向研磨后的表面粗糙度为0.540 nm,<110>晶向研磨后的表面粗糙度为0.430 nm,实现了对金刚石刀具的精密研磨。      

球头铣刀曲面加工的铣削接触区域建模

机械加工中,铣削力源于刀具与工件在铣削接触区内的相互作用,因此确定铣削接触区域是研究铣削力的基础。针对球头铣刀曲面加工,提出了一种铣削接触区域建模方法。通过定义瞬时加工坐标系和瞬时刀具坐标系,参数化描述曲面加工中球头铣刀与工件之间的相对位姿关系和铣削接触状态。分析了铣削接触区域边界的形成原理,应用解析和数值的方法对边界曲线进行快速求解,建立了铣削接触区域边界曲线模型,并通过加工试验和仿真实例对模型进行验证。结果表明,铣削接触区域边界曲线模型能够高效准确地描述球头铣刀曲面加工中的铣削接触区域。     

硬质合金刀具磨损对Ti60铣削表面完整性的影响

刀具磨损是影响材料加工表面质量的重要因素。利用后刀面磨损量V_B分别为0、80、213、286、392μm的K44硬质合金球头铣刀对Ti60钛合金进行铣削实验,测试在不同刀具磨损状态下加工表面的粗糙度、表面形貌和纹理、残余应力、显微硬度和微观组织,分析了Ti60铣削表面完整性与刀具后刀面磨损量V_B之间的关系。结果表明：随着后刀面磨损量V_B的增加,表面粗糙度由0.683μm变化为1.554μm,表面形貌和表面纹理也随着刀具磨损量变化呈现出不同的特征,表面残余应力与显微硬度增加,残余应力层深度和硬化层深度分别达到35μm和40μm,表层微观组织中丛域状α沿着铣削加工进给方向发生了一定程度的扭曲变形,塑性变形层厚度由3μm增加至8μm。     

基于改进CC路径截面线法的机器人铣削加工刀具轨迹生成方法

机器人铣削加工技术是当前机器人技术发展的重要方向之一,而刀具轨迹的自动生成是实现机器人铣削加工的一个关键环节。以Open Cascade为几何造型技术开发平台,以改进的CC路径截面线法为轨迹生成方法,通过对约束面间距进行动态调整,改进了传统CC路径截面线法刀轨疏密不一致的问题,从而能够提高机器人铣削加工精度。在此基础上,开发出相应的CAD/CAM软件系统,实现了自由曲面精粗加工刀具轨迹的自动生成。最后,通过仿真和实验对生成的刀具轨迹进行了验证,验证了方法的可行性和准确性。     

高速铣削加工表面位置误差的频域分析（英文）

在高速铣削加工过程中,提高轴向切削深度和主轴转速可以获得较高的材料去除率,然而限制轴向切削深度提高的一个因素是加工颤振。高速铣削系统动态失稳可能导致加工零件的表面几何精度偏差。分析高速铣削的表面位置误差对表征切削过程、刀具寿命估算和加工优化都起着重要作用。因此,在不考虑再生颤振影响的前提下,提出了一种数值分析和加工实验相结合的方法来研究表面位置误差。首先,构建了高速铣削加工过程模型,然后建立了动态铣削力模型,并推导了表面位置误差的分析方法。通过数值分析和铣削实验相结合,得到了高速铣削加工的稳定性叶瓣图。接下来,研究了逆铣削加工过程的表面位置误差,并详细分析了主轴转速和轴向切削位置对表面位置误差的影响规律。最后,把稳定性叶瓣和表面位置误差数据组合在同一个图里得到了高速铣削加工的综合分析图。借助综合分析图,能预测表面位置误差和优化高速铣削的工艺条件。