圆盘刀超声切削振动系统的振动频率数值拟合方法研究

圆盘刀是超声切削NOMEX蜂窝芯材料的刀具之一,其几何参数直接影响超声切削振动系统的振动频率,进而影响超声切削的加工性能。根据刀具几何参数约束区间,确定振动频率数值模型拟合样本点,分别采用三种拟合方法对超声切削振动系统的振动频率进行数值拟合,并进行全区间拟合准确性对比检验。研究结果表明:采用二次多项式逐步回归法拟合出的方程在几何参数全区间内有更高的准确性,建立的振动频率数值模型可以为超声切削刀具几何参数优化的研究提供参考。     

NOMEX蜂窝复合材料超声切削锯齿圆盘铣刀动力学分析

针对圆盘铣刀超声切削过程中出现易碎及抱死等问题展开分析,提出一种用于Nomex蜂窝复合材料超声切削加工的新型锯齿圆盘铣刀。为了保证新型刀具满足生产使用要求,对新型锯齿圆盘铣刀展开分析,推导建立了锯齿圆盘铣刀的动力学模型;应用有限元软件ABAQUS对锯齿圆盘铣刀进行模态分析,验证了锯齿圆盘铣刀结构设计的合理性,为刀具的进一步发展研究提供参数支持。结果表明:锯齿圆盘铣刀第十二阶振型理想,振动稳定,振幅分布有规律,楔角θ=12°为锯齿圆盘铣刀结构的最优选择,符合超声切削加工对刀具的要求。     

刀具参数对Nomex蜂窝芯超声切削性能影响分析

直刃尖刀是一种常用的切削Nomex蜂窝芯的超声切削刀具,其刀具参数直接影响着Nomex蜂窝芯的切削性能.基于ABAQUS有限元分析软件,建立了Nomex蜂窝芯超声切削力热耦合分析的三维有限元模型.采用单因素法,研究刀具长度、刃角和厚度等参数对进给力和切削温度的影响.分析结果表明:在Nomex蜂窝芯超声切削过程中进给力和切削温度均随着刀具长度的增大而减小,随着刀具厚度和刀具刃角的增大而增大.同时通过建立Nomex蜂窝芯超声切削过程中进给力和切削温度的数学模型,分析刀具参数对进给力和切削温度的影响规律,验证了有限元分析结果的正确性.     

匕首刀超声切削Nomex蜂窝芯复合材料切削力预测模型构建

蜂窝芯复合材料是广泛应用于航空、航天等领域的高性价比材料,但其加工过程中常因加工参数等原因造成芯格撕裂、破损等缺陷。切削力是衡量匕首刀超声振动切削Nomex蜂窝芯材料加工质量的重要物理量,为进一步优化加工参数,通过排除芯带粘接及切削位置对切削力的影响,建立匕首刀切削力预测模型,分析了在不同切削深度、进给速度、刀具前倾角及刀具侧倾角下匕首刀切削力的变化规律。实验结果及分析表明,修正及优化后建立的预测模型拟合情况良好,可用于预测对应变量对切削力的影响。随着刀具倾角的减小,切削力减小,且相较于前倾角,侧倾角影响更大。     

Nomex蜂窝夹芯结构超声直刃刀激光对刀研究

Nomex蜂窝夹芯结构超声数控切割对刀不同于传统数控加工对刀,除了需要获取刀具长度信息外,还需要获取直刃刀的零位角度信息。目测试切方法耗时、费力,且精度稳定性差,很难适应超声数控加工中对刀精度和效率的要求。为此提出一种基于平行激光遮挡理论的超声直刃刀激光对刀方法,建立了一维PSD获取超声直刃刀角度的测量计算模型,并研究了刀具截面刃宽不同对角度检测灵敏度的影响规律。在此基础上,开展了超声直刃刀激光对刀仪的总体方案以及软件模块设计,构建激光对刀仪实验系统并开展零位角度性能实验测试和分析。研究可为Nomex蜂窝夹芯结构超声切割对刀装备国产化提供借鉴。     

蜂窝芯超声切削技术研究进展

蜂窝夹层构件因其密度低、比强度和比刚度高等特性，广泛应用于航空航天等领域。Nomex蜂窝和铝蜂窝是广泛采用的蜂窝材料，但由于其薄壁、多孔等结构特征，在加工中容易出现撕裂和毛刺等问题。超声切削技术具有减小切削力、改善加工表面质量和提高加工效率等特点，作为解决蜂窝材料难加工问题的关键方法，近年来受到了国内外广泛关注。围绕刀具运动学和切削力模型、切削仿真、加工表面形貌与面形精度分析、加工轨迹规划方法和超声加工系统研制等方面，总结了蜂窝材料超声切削机理与工艺、超声切削系统与装备的研究现状，并对蜂窝材料超声切削技术的发展趋势与未来研究重点进行展望。     

NOMEX蜂窝芯超声振动插削刀设计研究

针对蜂窝芯材料工件圆弧转角无法机加成形的瓶颈难题,依据超声振动加工原理及蜂窝芯材料特性,设计了一种超声振动插削刀。基于刀具初始结构设计,采用ABAQUS有限元软件对插削刀进行了模态分析,验证了该新型插削刀结构设计的合理性,并为该超声刀具的发展研究提供了结构参数支持。结果表明:第七阶振型为插削刀的理想振型,振幅分布有规律,振动稳定;刀具长度L=27mm,刀具厚度t=2.5 mm,楔角θ=13°为插削刀结构的适宜参数,符合超声切削加工对刀具的要求。     

超声振动精密切削振幅对工件尺寸误差的影响

精密超声振动切削是将一定振幅的高频振动添加到刀具的运动过程中的一种加工方式,具有切削力小,加工精度高,加工表面质量好等特点。采用动力学分析方法利用二自由度的振动切削工件-刀具系统模型,并借鉴普通切削中对切削力的分析方法,首次从理论上实现了对振动切削中刀具振幅对工件变形影响的研究,并采用数值模拟的方法给出它的变化规律:在精密振动切削使用的振幅范围内,刀具振幅的变大会使工件的净位移减小、进而使工件的尺寸误差减小。同时,给出了不同刀具前角、切削速度和切削深度条件下,工件尺寸误差随振幅变化的规律。     

Nomex蜂窝芯超声加工工艺及编程技术研究

针对Nomex蜂窝芯复合材料特殊的结构及力学性能,从超声系统组成与加工原理出发,介绍了数控超声切割技术,分析了其独特的加工优势,重点对Nomex蜂窝芯蜂窝复合材料超声切割加工工艺展开研究,为Nomex蜂窝复合材料件加工工艺规划提供了参考,研究了超声切割Nomex蜂窝芯结构件数控编程技术的关键问题,通过对采用所制定的超声切割加工工艺对实际生产加工的现场数据进行收集分析,得出结论:与常规的数控机床加工Nomex蜂窝复合材料蜂窝芯相比,加工效率提升32%,产品合格率提升12%,基本无粉尘污染。     

基于神经网络蜂窝芯超声切削工艺数据库的设计与开发

针对蜂窝芯超声切削加工的数据存储分散、不完整,以及传统数据库存在数据量大、查询效率低的问题,建立了蜂窝芯超声切削加工工艺数据库。对蜂窝芯超声切削加工刀具参数、典型加工特征参数及加工工艺参数进行了定义。结合数据库技术,设计了以形状特征为核心,涵盖蜂窝芯材料典型特征、刀具参数及寿命、切削加工参数等在内的数据体系。提出了一种利用基于神经网络的特征分类模型获取简单有效的分类结果,以此来替代复杂多样特征数据的参数替代查询法,提高查询效率。数据库管理系统对超声切削零件形状特征优化分类结果进行查询,能够方便、迅速地查找相关工艺数据,方便机床维护,有效地实现数据存储、管理与共享,提高企业工作效率和资源利用率。     

球头刀铣削零件表面扇形残留研究

采用球头刀加工时,会在行距方向上产生行间残留,在进给方向的行间残留上产生扇形残留。为了提高工件表面加工质量,以加工平面为例建立了球头刀加工模型及零件表面扇形残留模型,研究了每齿进给量、切削刃数、刀具半径和刀具螺旋角等参数对扇形残留的影响。使用MATLAB软件进行了仿真计算,得出每齿进给量和切削刃螺旋角的增大会使扇形残留面积增大,刀具半径和切削刃数增加会使扇形残留面积减小。切削试验及测量试验结果较好地匹配了仿真结果,证明了球头刀铣削零件表面扇形残留模型的可行性。最后提出了控制扇形残留高度的方法,为球头刀铣削加工提供了参考。     

基于主轴系统动力学的铣削稳定性建模与分析

高速切削技术具有加工精度高和表面质量好的特点,但在切削难加工材料时易发生颤振。基于主轴系统动力学进行铣削稳定性的建模与分析,采用有限元法建立主轴系统动力学模型,重点考虑主轴旋转时产生的离心力对结合面刚度的影响,分析主轴转速对结合面刚度和主轴系统频响函数的影响规律。结合主轴系统动力学特性和动态铣削过程建立铣削动力学模型,利用全离散法进行铣削稳定性预测,分析主轴转速、刀具直径和刀具悬伸量对铣削稳定域的影响规律。     

超声切削碳纤维的动压作用机理分析与试验研究

以金属切削原理和超声振动加工的冲击特性为基础,根据流体动压理论和摩擦学原理,建立刀具与工件间的简单几何模型。推导简单动压几何模型下前后刀面的动压方程,分析动压油膜对刀具和工件加工表面的影响。研究超声振动加工下周期性断续微观切削碳纤维复合材料的动压作用机理,阐述了刀具磨损后继续再加工危害的原因。在超声振动加工碳纤维过程中形成的动压油膜,能改善三个变形区的状态,可以减少刀具磨损,提高加工效率和表面质量。     

蜂窝材料超声波切割声学系统研究

根据超声波加工原理,设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型,并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小,输出端振幅较大。利用激光位移传感器测量了刀具的振动位移,圆形刀振幅a=22.37μm,满足加工要求。利用超声波切割主轴对Nomex蜂窝材料进行了大量切割实验,取得了加工表面平整光滑、加工精度高、切削过程中没有粉尘污染等显著效果。     

Nomex蜂窝芯直刃尖刀超声切割表面微观形貌特征

Nomex蜂窝芯是典型的难加工材料,具有高比强度,比刚度及各向异性的特点。超声辅助切割是蜂窝芯复合材料的一种高效加工方法,可以得到比高速铣削更好的加工质量。但是在超声切割加工过程中依然会存在不同程度的纤维拔出,酚醛清漆层剥落等加工缺陷特征。为了研究其微观形貌特征,采用纵切,斜切,横切三种方式切割蜂窝芯,并对蜂窝芯的加工形貌进行观测。根据微观形貌在蜂窝芯壁上的位置,分别归纳为酚醛清漆层、热压芳纶纸层和蜂窝壁的形貌。研究超声刀具加工参数对材料破损形貌特征的影响。结果表明在10 μm到30 μm范围内提高超声刀具振幅,在500 mm/min到3 500 mm/min范围内降低进给时会降低蜂窝芯加工过程中的酚醛清漆层剥落的几率。     

高速面铣加工的动态铣削力和刀具振动研究

基于力学式切削力预测方法建立了面铣刀动态铣削模型,该模型充分考虑切削厚度、刀具前角和刀具后刀面磨损对铣削力的影响.在Matlab/Simulink环境下,进行了动态铣削力和刀具振动仿真及其频谱分析,并根据仿真结果对转速、齿数、刀具磨损量等影响因素进行了分析验证,该模型有利于揭示各切削参数对动态铣削力和刀具振动的影响规律,从而为实现切削加工参数优化提供理论支持.     

超声振动辅助磨削加工表面质量的研究

为了提升难加工材料的表面质量,降低工件表面的损伤,对砂轮施加轴向超声振动,引入数学模型并基于MATLAB对工件表面质量进行仿真,结果表明:超声振动辅助磨削能明显提升工件表面加工质量,在一定的范围内,振动频率、幅值与主轴转速的增加可以优化表面质量,进给量与切削深度的增加会削弱超声振动的优化效果.     

基于ADAMS的端铣齿轮动力学特性研究

采用端铣加工方法加工渐开线齿轮,运用UG软件对某大模数齿轮轴进行刀具轨迹仿真,并通过数据转换将齿轮和刀具模型导入动力学仿真软件ADAMS中。在ADAMS中建立刀具齿轮铣削系统仿真模型,对端铣刀粗加工切削过程进行动力学分析,得到刀具和工件的位移、速度及加速度变化曲线以及主轴转速和进给速度对切削加工及振动影响的变化规律,为实现端铣齿轮加工技术的实际应用提供参考。     

基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究

Nomex蜂窝复合材料的超声切割技术克服了传统高速铣削中存在的工件固持困难、加工粉尘大等问题。基于断裂力学研究Nomex蜂窝复合材料的超声切割机理,为超声切割工艺参数优化以及超声波声学主轴的优化设计提供理论依据。根据直刃刀超声切割Nomex蜂窝复合材料加工工艺,建立直刃刀的运动学方程,分析得到超声切割断续加工过程中直刃刀与材料相互作用时间关系;应用断裂力学理论,引入动态应力强度因子建立蜂窝复合材料的断裂韧性模型,研究超声切割作用下蜂窝复合材料的微观断裂过程,根据直刃刀位移和裂纹扩展的关系模型,分析切削力的影响因素,并进行仿真研究。研制了超声切割工艺试验台,对蜂窝复合材料进行了有超声和无超声切割加工的对比试验,试验结果显示超声切割显著地减小了切削力,也证实了冲击产生的微裂纹扩展是蜂窝复合材料在直刃刀超声切割作用下,切割力减小的主要原因。理论分析和试验研究表明基于断裂力学的Nomex蜂窝复合材料超声切割机理研究具有有效性和合理性。     

纸基蜂窝芯零件的数控加工技术

为了解决纸基蜂窝芯零件在实际数控加工过程中引起的固定夹持可靠性差、外形检验不便及加工表面质量差等问题,提出在现有的基础上通过刀具的选择、机床切削参数选择、固定夹持方法的改进及编程工艺的优化等,提高纸基蜂窝零件的加工质量及效率。