五轴联动数控工具磨床的开发

随着现代制造技术的发展,对特型刀具的品种和刃形的要求越来越高。而用普通工具磨床和传统生产工艺方法很难加工这些刃形复杂的刀具。针对这一现状自主开发一种五轴联动数控工具磨床,该五轴联动数控工具磨床能实现对球头立铣刀等多种硬度高、刃形复杂刀具的磨削加工,且一次装夹能完成所有的精加工。     

工具磨床的发展动向

（1）刀具重磨的需求不断扩大工具磨床的任务是对直角头立铣刀、锥形立铣刀、球头立铣刀、圆弧刃立铣刀、铰刀、端铣刀、阶梯铣刀等各类切削刀具进行磨削加工。为了实现复杂形状的加工，必须采用多坐标控制。最近新开发的NC工具磨床已有10坐标控制的产品，只需通过一次装夹，就能全自动连续完成对刀具外圆、刀尖R等所有磨削加工。     

锥度球头立铣刀磨削加工数学模型研究

针对锥度球头立铣刀的几何特征,根据锥度球头立铣刀的成型原理,利用微分几何的基本原理,研究了锥度球头立铣刀前后刀面的刀刃曲线建模方法,设计了一种新的锥度球头立铣刀刀刃曲线,并借助Visual Basic语言,利用SolidWorks软件对所设计的刀刃曲线进行了建模和验证。为锥度球头类刀具的进一步设计提供了理论方法和依据。     

球头立铣刀端刃间隙磨削轨迹的算法

端刃尖点是球头立铣刀后刀面轮廓超出回转轮廓的部分,会造成切削干涉。为了有效地去除端刃尖点,文章提出一种端刃间隙磨削工艺,并设计了参数化的端刃间隙磨削轨迹算法。该算法以球头刃线中心点处切线方向为基准,在磨削坐标系下定义了砂轮磨削姿态模型和相关工艺参数,并通过矩阵变换得到工件坐标系下的砂轮磨削姿态矢量及运动轨迹坐标。通过仿真和实际加工对计算结果进行验证,证明了算法的正确性及该工艺在去除端刃尖点和减少磨削余量的有效性。     

聚晶金刚石微细球头铣刀刃磨工艺参数优化

针对直径为0.5 mm的聚晶金刚石(PCD)微细球头铣刀刃磨质量控制问题,基于六轴数控刀具磨床几何运动原理,建立PCD微细球头铣刀的砂轮刃磨运动数学模型,开展PCD刀具精密刃磨正交试验,研究刃磨工艺参数对主轴负载率、刀具前刀面表面粗糙度、刀具刃口钝圆半径的影响规律。结果表明:磨削速度对主轴负载率以及刀具前刀面表面粗糙度的影响最为显著,提高磨削速度有利于获得较好的刀面质量;磨削深度对刃口钝圆半径的影响最为显著,减小磨削深度有利于获得锋利的刃口形状。通过合理选择刃磨工艺,PCD微细铣刀直径误差小于4.0 μm,刀具钝圆半径为4.5 μm,刀具角度误差小于1°,无明显刃磨损伤缺陷。      

高速模腔加工技术—球头立铣刀切削机理分析

型腔精加工在模具制造工程中占有重要地位。为了实现高速和微细化,特以代表性切削工具——球头立铣刀进行切削机理的分析和试验。其结果如下: (1)选择了加工余量和进给量后,控制实际切入深度就可以高速加工型腔。 (2)进给量和每一刃进刀量相等,就可得到最大加工效率和最佳加工面粗糙度。 (3)用球头立铣刀的中心进行切削,会产生负的实际切削速度及切刃后面和切削面干涉等弊病。但这可以由改变切刃形状来解决。 (4)用金属陶瓷刀具进行型腔精加工的效果极佳。     

立铣刀磨削加工中进退刀方法研究

立铣刀在五轴刀具磨床加工过程中,容易出现由于进退刀路径设置不合理导致的毛坯与砂轮碰撞或进退刀路径过长。针对该问题,文章通过定义砂轮毛坯干涉检测坐标系,提出了进退刀安全位置、快速逼近位置和进退刀路径的优化计算方法,可以实现进退刀代码的自动添加。该方法适用于各种正交结构的五轴刀具磨床,提高了加工效率和安全性。基于上述方法,在C#平台上开发了一套刀具磨削加工进退刀处理软件,并在VERICUT7.3上进行了加工验证,结果显示了上述方法的可靠性和高效性。     

超声振动铣削碳纤维复合材料刀具磨损研究

介绍了采用超声振动铣削和普通铣削对硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料进行试验研究。试验结果表明,在两种加工方式下,刀具的磨损形式主要是后刀面磨损,前刀面磨损和刀刃的破损,其中后刀面的磨粒磨损最严重,前刀面的粘着磨损较弱,当进给量加大或者是主轴转速过高时,很容易发生崩刃。超声振动条件下,刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱,且呈现一定的规律性。刀具的耐用度高,相对于普通切削更适合于复合材料的加工。     

加工渐开线螺旋齿轮的砂轮廓形研究

根据盘状刀具加工螺旋齿面的加工原理,结合渐开线螺旋面的形成原理,利用坐标变换,通过求解接触条件式得到了砂轮齿廓上离散点,通过点拟合得到了砂轮的成形齿廓,解决了砂轮磨损的误差补偿问题,为渐开线螺旋齿轮的成形磨削提供了一种新方法。     

PCD刀具高速干式切削铜合金的磨损研究

使用PCD刀具对锡青铜合金材料进行高速干式切削试验,分别采用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）对刀具的磨损形貌进行观察和磨损区域化学成分进行分析,并以此研究了PCD刀具的磨损机理。结果表明:在高速干式切削条件下,PCD刀具主要表现为前刀面的片状剥落和后刀面的轻微破损;同时还伴随着机械应力和热应力冲击下的脆性破损,出现崩刃、切削刃整体断裂以及前后刀面的大面积剥落。刀具磨损的主要原因是高温作用下的氧化磨损和扩散磨损。      

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.