凸曲面拼接模具球头铣刀的瞬时铣削力预测

在曲面模具拼接区域球头铣刀铣削过程中,刀具载荷变化大,瞬态铣削力有突变现象,影响模具拼接区域的加工精度和表面质量。为了预测拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力,首先,建立考虑冲击振动的球头铣刀三维次摆线轨迹方程,得到瞬时未变形切屑厚度模型;然后,基于铣削微元的思想,建立凸曲面双硬度拼接模具球头铣刀的瞬态铣削力模型,该模型能够综合考虑拼接区冲击振动、硬度变化、刀具工件切触角度变化对瞬态铣削力的影响;最后,进行凸曲面拼接区域球头铣刀铣削加工实验。实验结果表明,预报的瞬态铣削力和实验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值基本在15%以内,验证了该模型能有效地预报凸曲面模具拼接区域球头铣刀的瞬态铣削力。     

多硬度拼接淬硬Cr12MoV铣削力的有限元分析

通过初始屈服应力、应变硬化模量等材料特性参数,建立了不同硬度Cr12MoV淬硬钢的Johnson-Cook本构模型,对多硬度淬硬钢的铣削加工过程进行了数值模拟,分析了切削速度、切削深度、工件硬度等因素对铣削力的作用规律,揭示了多硬度拼接淬硬钢的铣削力特征。多硬度拼接淬硬钢铣削加工的实验结果验证了有限元模型的正确性,对于铣削加工参数优化具有一定的指导作用。     

高效铣削淬硬钢凸曲面的铣刀性能测试方法

本文设计和加工了多硬度拼接凸曲面淬硬钢试件,以替代大型淬硬钢凸模,给出了铣削多硬度拼接凸曲面淬硬钢模具的刀具性能测试实验方案;利用该测试方案,检测出铣刀振动、磨损及加工表面形貌特征,并通过进一步增大每齿进给量测试刀具的使用寿命和安全可靠性,得到铣刀优选方法。结果表明,该方法可有效揭示和评价淬硬钢表面曲率和硬度多变对铣刀切削性能的影响,满足高效、安全稳定切削汽车内板淬硬钢凸模的要求。     

高速铣削淬硬模具钢的切屑变形

使用TiAlN涂层整体圆柱立铣刀,以200～942m/min的铣削速度,对淬硬P20钢进行了高速铣削试验,研究了各种切削速度下的切屑变形。对于淬火硬度为41HRC的P20钢,切削速度为754～942m/min时,形成了带有绝热剪切带的锯齿形切屑;对于淬火硬度为32HRC的P20钢,锯齿形切屑形成的切削速度是848～942m/min;切削速度和工件硬度对切屑变形有着重要的影响。基于切屑纵截面尺寸的微观测量,建立了高速铣削淬硬钢时锯齿形切屑变形的计算模型。结果显示：应变、应变率和锯齿频率随切削速度增大而快速增大,在切削速度为942m/min时,它们分别高达23、107s－1和244kHz。     

轴向超声振动辅助铣削力的建模与实验研究

轴向超声振动辅助铣削工艺是近年来铣削领域的最新进展之一,目前对于轴向超声振动铣削力建模的研究相对较少.针对这一问题,提出了一个考虑轴向振动的超声铣削力建模方法.根据空间中刀尖运动轨迹的坐标,建立了准确的瞬时切厚模型,得到不同切削角度下切屑形成力和摩擦力模型.将铣削力与未变形的切屑截面面积建立函数关系,考虑了瞬时未变形切厚模型以及瞬时切深模型,得到了轴向冲击力模型.结合切屑形成力模型、摩擦力模型和轴向冲击力模型得到轴向超声振动辅助铣削力模型.研究结果表明:预测的铣削力变化趋向与实验测得的铣削力变化趋向吻合,最大峰值力的误差范围在7.53％～17.35％之间.本文结果将为超声振动辅助铣削工艺的优化研究提供理论基础.     

淬硬钢模具型腔铣削稳定性分析

在淬硬钢模具型腔铣削加工过程中,模具型腔表面曲线曲率不断的变化会引起实际切削参数的变化,偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同。针对淬硬钢模具型腔曲线铣削过程的未变形动态切削厚度,实际径向切深、刀具-工件接触区域等进行修正,并建立铣削动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图;并分析模具型腔形状参数和铣削工艺参数对铣削稳定性的影响,为铣削加工时切削参数的选择,改善工件的表面质量提供依据。     

涂层刀具高速铣削高硬度淬硬钢的振动研究

高硬度淬硬钢高速铣削过程具有高铣削速度和高加工表面硬度的特性,平稳高效的铣削能保证加工质量和精度,铣削振动的产生限制了硬态切削技术优越性的发挥.通过设计在不同加工工艺参数条件下涂层刀具高速铣削高硬度(HRC 48～68)淬硬钢试验,使用LMS Test9A测试分析软件采集铣削振动信号,进行时域和频域分析,研究铣削振动与...     

拼接淬硬钢铣削特性有限元模拟

研究了拼接淬硬钢过渡区的铣削加工过程,建立了不同硬度下的Cr12MoV淬硬模具钢的本构关系式,采用有限元法对单一硬度和多硬度过渡区的铣削加工过程进行了数值模拟,分析了铣削力的变化规律,揭示了铣削温度场的分布形式。数值模拟结果表明通过有限元模拟的方式可以准确地得到多硬度过渡区的铣削力和温度场的相关信息,铣削力稳定性、温度场分布均匀性与铣削深度等铣削工艺参数有着密切的关系,通过合理的工艺参数优化可以实现过渡区的稳定加工,产生连续而均匀的切屑,形成高质量的表面。     

覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,证明仿真模型可行.模拟实验得出:在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响.     

再生振动和刀具偏心对立铣加工精度综合影响的研究

基于再生振动和刀具偏心对立铣加工过程的影响,建立了改进的动态切削力和切削厚度的非线性数学模型;利用计算机仿真技术,定量分析了上述因素对铣削加工振动和工件三维表面形貌的综合影响。结果表明:考虑再生振动和刀具偏心的综合影响,可使铣削振动的预测精度较未考虑这两个因素时平均提高20%以上,使加工振动状态更接近实际加工情况。     

大悬伸状态加工水室封头重型铣削振动分析

针对大悬伸状态下加工水室封头产生的重型铣削振动,以重型铣削水室封头现场加工实验为基础,分析重型铣削振动产生的原因,并根据现场实验对工件已加工表面形貌进行对比分析。建立重型铣削刀具偏心跳动模型、刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统刚度的模型,分析其对重型铣削瞬时切削厚度的影响,同时建立重型铣削力数学模型和铣削轨迹模型。分析重型铣削系统振动影响因素及规律,振动模型预测结果与实验结果吻合较好。该工作为进一步研究重型铣削振动特性提供依据。     

球头刀铣削过程动力学模型

建立了考虑刀杆柔性的球头铣刀铣削振动模型,探讨了交变轴向力对刀杆固有频率的影响。考虑刀具动态变形和工件表面波纹对切削厚度的再生反馈,建立了球头刀铣削动力学模型,对铣削中的动态铣削力和刀杆振动进行了仿真,证明了离线仿真可以对铣削过程动特性做出预测。     

Prediction of cutting forces and machining error in ball end milling of curved surfaces -I theoretical analysis

This paper presents a theoretical model by which cutting forces and machining error in ball end milling of curved surfaces can be predicted. The actual trochoidal paths of the cutting edges are considered in the evaluation of the chip geometry. The cutting forces are evaluated based on the theory of oblique cutting. The machining errors resulting from force induced tool deflections are calculated at various parts of the machined surface. The influences of various cutting conditions, cutting styles and cutting modes on cutting forces and machining error are investigated. The results of this study show that in contouring, the cutting force component which influences the machining error decreases with increase in milling position angle; while in ramping, the two force components which influence machining error are hardly affected by the milling position angle. It is further seen that in contouring, down cross-feed yields higher accuracy than up cross-feed, while in ramping, right cross-feed yields higher accuracy than left cross-feed. The machining error generally decreases with increase in milling position angle.     

平面端铣切削振动试验

介绍了端铣振动试验方法。通过观察分析工件表面的微观不平度、切削表面的高频波纹和在机床切削点测得的振动信号,跟踪分析了铣削强迫振动和颤振现象。强迫振动随切削速度、进给量、切削深度增大而加剧,颤振随切削速度、进给量增大及切削深度减小不易发生,结论与理论分析、他人试验结果相符,为选择改变切削用量、减小铣削振动指出了方向     

A prediction method of milling chatter stability for complex surface mold

This paper proposes a kind of milling chatter stability prediction method used for the stability of milling free-form surface based on the time-domain. Firstly, a dynamic equation is established by considering the influence of mold surface curvature and cutting tool lead angle on dynamic chip thickness without deformation. Then, the multi-delay milling system vibration displacement, which is given by the ratio of dynamic chip thickness and the static chip thickness as the threshold, was calculated based on the numerical method. Finally, the chatter stability domain based on the full-discretization method of milling chatter stability domain is compared to analyze the influence of the characteristics of free surface curvature on the chatter stability domain. The results of the experiment show that the time-domain simulation method can reveal the influence of different processing areas of free-form surface mold on the instability mechanism of the system. The change trend of milling chatter stability domain was found to be consistent with the experimental results.     

多硬度拼接淬硬钢铣削动力学分析

颤振是金属切削加工过程中由于刀具和工件之间相互作用所产生的一种强烈的自激振动现象,会导致切削力幅值增加且发生剧烈波动,进而降低工件表面质量和刀具使用寿命。针对此问题,基于铣削过程稳定性预测分析方法建立多硬度拼接工件的动态铣削系统,对多硬度拼接模具铣削过程稳定性进行深入研究,实现了对拼接模具铣削加工过程颤振稳定域的仿真,进而研究了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。最后通过时域分析、表面形貌和刀具磨损的研究,综合验证了稳定性预测曲线的精度。研究结果为多硬度拼接模具铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来实现金属最大切除率,为大型汽车覆盖件模具铣削加工提供理论依据及技术指导。     

基于主轴电流的铣削力间接监测方法

实时准确地监测铣削状态对于提高加工质量与加工效率具有重要意义,切削力作为重要的加工状态监测对象,因其监测设备昂贵且安装不便而受到限制,为此提出一种考虑刀具磨损的基于主轴电流的铣削力监测方法.首先基于切削微元理论建立了考虑后刀面磨损的铣削力模型,并通过铣削实验进行铣削力模型系数标定;然后对主轴电流与铣削力的关系进行理论建...