铣削稳定性预测的时间有限元法

为减小切削颤振对加工的影响,提出一种时间有限元预测法来预测铣削稳定性。将动态切削颤振模型简化为一阶时滞微分方程组,基于时间有限元法及Floquet原理预测动态铣削过程的稳定性极限。对该方法的预测值与Insperger提出的时域半离散法的预测值进行比较可知,该方法能有效地预测动态铣削稳定性,并利用一组实验证实了该方法的正确性。采用该方法选择铣削参数可以有效降低切削颤振对加工过程的影响,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。     

面向广义动态加工空间的机床切削稳定性研究

为了研究加工过程中变化的刀尖频响函数导致机床切削参数选择的不确定性,以主轴转速与运动部件位置为研究对象,提出基于广义动态空间的机床切削稳定性研究方法。该方法结合切削颤振理论与切削试验,推导工况下刀尖频响函数计算公式,通过引入正交试验法规划切削试验方案,确定主轴转速与运动部件位置对切削稳定性的影响程度以及最优参数组合,同时计算刀尖频响函数研究机床处于不同转速及位置的颤振稳定域图预测。将该方法运用于某型立式加工中心,识别主轴转速与主轴箱Z向进给位置显著影响切削稳定性,并确定刀具最优姿态,通过计算刀尖频响函数绘制颤振稳定域图,结合切削试验验证了该方法的有效性,为实际加工合理选择切削参数提供技术支持。     

变工况3维铣削稳定性预报方法研究

传统铣削稳定性预报大多仅针对切削宽度恒定的定工况,其结果并不适用于在切宽具有时变特征的变工况下指导选取无颤振铣削工艺参数.为此,以再生型铣削颤振机理为理论基础,通过推导基于时变径向切削宽度的刀齿切入/切出角,并综合考虑切削过程阻尼与刀尖点动力学行为非对称性,构建变工况两自由度铣削动力学模型;进而,在由转速、轴向切深、径...     

万能回转头铣床的铣削颤振

本文介绍了在万能回转头铣床上进行铣削试验的结果,对铣削过程中产生的颤振类型进行了分析和判别,讨论了切削过程和机床结构对铣削稳定性的影响,并从抑制铣削颤振的角度提出了改进机床结构的意见。     

基于Rényi熵的铣削过程稳定性预测研究

颤振现象会严重制约铣削加工的质量与效率。为实现无颤振高效铣削,提出了一种基于Rényi熵的铣削过程稳定性时域预测方法。即先用变步长龙格-库塔法求解铣削动力学微分方程,获得振动位移、切削力等时域信号;再计算仿真时域信号的Rényi熵并依据设定的颤振阈值确定给定切削条件的铣削稳定性。将仿真得到的稳定性叶瓣图与颤振验证试验结果进行对比,验证了所提出预测方法的正确性。     

铣床整机动态性能的薄弱环节辨识与设计优化（英文）

基于机床结构模态柔度和弹性能分布理论,提出一种以降低切削点交叉动柔度值为目标的动态优化方法.该方法通过分析切削点交叉动柔度与模态柔度的关系,利用模态柔度和弹性能分布判定机床的薄弱模态和薄弱环节.根据机床各阶模态对静柔度的比值寻找对机床动态性能影响显著的薄弱模态,分析薄弱模态上各部件和环节的能量分布,确定薄弱模态上的薄弱环节.在一定的约束条件下,通过改进薄弱环节的设计参数实现设计优化.以某型铣床为研究对象,在整机建模和动态特性分析计算的基础上,阐述了动态性能优化方法的具体应用.通过模态柔度和能量分布计算,确定该铣床的薄弱环节是刀杆及其夹紧系统和床身——水平主轴体结合部,针对薄弱环节设计参数的调整和结构改进实现其质量和刚度的优化,优化后的静柔度和模态柔度均有明显的降低,模态柔度对静柔度的分配情况有所改善,而固有频率则相应提高,切削点动柔度的最大值降低52%.铣床结构改进后整机动态性能得到有效改善,提高了切削稳定性和加工精度.优化方法适合工程应用.     

数控铣削参数优化方法的研究

为了优化数控铣削参数,以切削比能低、表面质量优为优化目标,对45号钢进行了单工步干式铣削沟槽正交实验.采用多目标遗传算法求解出了不同铣削参数的优化解,并通过对比经验参数与优化参数的实验结果得出了最优铣削参数组合.在最优铣削参数组合下对工件进行加工(粗/半精加工)时,其加工切削比能和工件表面粗糙度比优化前分别降低了46.2%和41.6%,因此本文优化方法可为提高数控铣削加工质量和降低能耗提供参考.     

面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。     

铣削加工监测系统

针对铣削加工系统中颤振产生的特点,利用随机包容原理,探讨了受时变干扰的切削过程的稳定性问题,提出了一种切削加工颤振的监控方法,并通过数控铣床系统的实验进行了验证。结果表明,这种监控系统将有助于提高切削系统的稳定性。     

多因素影响下基于Bagging-NSGAII的数控铣削稳定性预测与优化研究

数控机床铣削过程中出现的颤振失稳,是限制数控机床加工效率和加工质量的关键因素。铣削稳定性与工艺参数、工艺系统动力学特性密切相关,而工艺系统动力学特性又随加工位置、刀具悬伸量的变化或刀具的更换而变化。因此,针对多因素影响下的铣削稳定性预测和无颤振工艺参数选择问题,本文以数控机床各向移动部件位置、刀具直径、刀具悬伸量和切削参数为变量,提出一种基于引导聚集算法(Bagging)与带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)的切削稳定性预测与工艺参数优化方法。该方法首先采用正交实验设计离散数控机床的工作空间,在每个加工位置对不同悬伸量下的刀具进行锤击实验,由此得到各把铣刀对应的刀尖点频率响应函数;然后,在不同工艺参数方案下进行铣削稳定性理论预测,进而引入Bagging算法建立以各向运动部件位置(x, y, z)、刀具直径(d)、刀具悬伸量(h)、主轴转速(n)、切削宽度(ae)、每齿进给量(fz)为输入的极限切削深度(aplim)预测模型;在此基础上,采用该Bagging模型作为铣削稳定性约束,以加工位置和工艺参数{x, y, z, d, h, n, ap, ae, fz}为优化变量,建立最大材料切除率和刀具寿命的多目标优化模型,采用NSGA-II算法求解该模型得到Pareto最优解集,并结合熵权法和优劣解距离法(TOPSIS)选出Pareto解集中的最佳解。以一台三轴立式加工中心展开实例分析,所建极限切削深度Bagging模型的预测误差为2.99%,且铣削加工实验表明获取的{x, y, z, d, h, n, ap, ae, fz}最优配置可实现稳定铣削,验证所提方法的可行性和有效性。     

基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法

为了提高数控加工中的机床效能和加工效率,探究深度强化学习在加工参数优化问题中的适用性,提出一种基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法.选取切削力合力和材料除去率作为效能和效率的优化目标,利用遗传算法优化反向传播神经网络（GA-BPNN）构建切削力合力和铣削参数的优化函数,并采用经验公式建立材料除去率的优化函数.应用竞争网络架构（Dueling DQN）算法获得切削力合力和材料除去率多目标优化的Pareto前沿,并结合优劣解距离法和熵值法从Pareto前沿中选择决策解.基于45钢的铣削试验,验证了Dueling DQN算法用于加工参数优化的有效性,相比经验选取加工参数,通过Dueling DQN优化得到的加工方案使切削力合力降低了8.29%,加工效率提高了4.95%,为加工参数的多目标优化方法和加工参数的选择提供了指导.     

TH5650铣削加工中心变参数切削振动控制

为了对数控铣削加工中心的切削振动进行有效控制,通过变参数切削实验,采用对振动信号进行时域和频域分析以及对机床数控系统访问等方法,得出了不同切削参数下切削振动信号时域与频域特性的变化规律.利用振动信号的均方根值、幅值谱和主轴电机功率进行变参数切削控制,得出了切削振动控制策略.通过有效改变机床主轴转速和进给速度的方法使振动得到控制,利用切削参数自适应技术实现了对数控机床切削振动的控制.通过实验验证了控制效果良好.     

基于铣削力突变的拼接模具硬态铣削工艺优化

针对刀具磨损过快和加工稳定性下降的问题,进行了淬硬钢Cr12MoV拼接模具铣削过程中铣削参数和路径优化的研究.通过试验研究揭示了刀具铣削方向、切削速度、进给速度及切削深度对拼接处铣削力突变的影响规律,并借助多因素试验得到了铣削条件对铣削力突变影响的主次因素.为降低铣削力突变对铣削过程的影响,以铣削力突变最小为目标进行了正交试验研究,并在此基础上得到了优化后的铣削参数组合.研究成果可为拼接模具铣削工艺优化提供有意义的参考.     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

Optimization strategy in end milling process for high speed machining of hardened die/mold steel

1. Introduction The introduction of advanced cutting tools like AlTiN-coated micro-grain carbide end mill since the 1990s has changed the trend in die/mold manufacturing towards hard machining both in roughing and finishing [1]. Nowadays, high speed machi…     

机加零件质量预测与工艺参数优化方法

为了有效利用机加零件工艺信息和检测信息,提出基于机器学习算法的质量预测与工艺参数优化方法. 以集成工艺信息和检测信息的基于模型定义（MBD）模型为输入,通过对三维建模软件的二次开发实现参数提取,并建立结构化数据集. 利用多种机器学习分类器构建基于工艺参数与质量分类标签的质量预测模型. 结合信息增益算法对所有工艺参数进行优先级排序,筛选出对质量影响最大的工艺参数;开发质量预测与工艺参数优化工具集,利用梯度提升树模型优化对质量影响最大的工艺参数. 以某航空企业提供的铣削实验数据验证所提出方法的有效性和可靠性. 验证结果表明,该方法能够较好地实现机加零件的质量预测和工艺参数优化.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

GH4169高速切削刀具耐用度及给定约束参数优化方法研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169切削过程中的加工效率低下、刀具耐用度差等问题,新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行了高温合金GH4169高速铣削正交试验,研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度.另外,应用退火罚函数遗传算法建立了以最大切除率为目标函数,以给定刀具寿命为约束条件的切削参数优化数学模型,得到了刀具寿命T≥30min条件下,切除率最大的最优参数组合,并进行了试验验证.研究结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;应用退火罚函数遗传算法建立的切削参数优化模型能在给定约束条件下明显提高加工效率,为现实加工过程中的参数优化提供了一种新方法.     

Optimum cutting speed of block-cutting machines in natural stones for energy saving

Energy consumption of block-cutting machines represents a major cost item in the processing of travertines and other natural stones. Therefore, determining the optimum sawing conditions for a particular stone is of major importance in the natural stone-processing industry. An experimental study was carried out utilizing a fully instrumented block-cutter to investigate the sawing performances of five different types of travertine blocks during cutting with a circular diamond saw. The sawing tests were performed in the down-cutting mode. Performance measurements were determined by measuring the cutting speed and energy consumption. Then, specific energy was determined. The one main cutting parameter, cutting speed, was varied in the investigation of optimum cutting performance. Furthermore, some physico-mechanical properties of the travertine blocks were determined in the laboratory. As a result, it is found that the energy consumption (specific energy) of block cutting machines is highly affected by cutting speed. It is determined that specific energy value usually decreases when cutting speed increases. When the cutting speed is higher than the determined value, the diamond saw can become stuck in the travertine block; this situation can be a problem for the block-cutting machine. As a result, the optimum cutting speed obtained for the travertine mines examined is approximately 1.5–2.0 m/min.