圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真与验证

针对基于实体建模技术的滚齿加工仿真问题,开发一种圆柱齿轮滚齿加工三向Dexel模型仿真方法。研究圆柱齿轮滚齿加工的运动学模型。根据滚刀和齿轮毛坯的几何参数创建三角形网格模型,并转换为引擎内的Dexel模型。同时,借助Delaunay三角剖分和Alpha形状重构进行高效的CWE计算和未变形切屑几何仿真。采用斜角切削模型来计算每个时间步上所有啮合节点的力分布。使用利勃海尔LC500滚齿机对所提仿真方法进行了验证,并结合旋转测力计和卡尔曼滤波器来补偿结构动力学,从而进行准确的切削力测量。结果表明：所提方法能够准确预测出沿滚刀刃口离散节点的三维力分布,预测误差(均方根和标准差)在4%～12%之间,且当切削条件变化时,仍然可以准确预测轴向和横向的切削力,有助于进一步提高滚齿加工仿真的效率与精度。     

基于结构参数的齿轮滚削力计算和精度影响研究

通过分析圆柱齿轮的滚切加工过程,获得了每一个刀齿的切屑层状态;根据齿轮和刀具的结构参数,利用单位切削力的计算方法,推导出主切削力的计算公式,得到了切削过程的切削力的变化规律.通过建立滚刀的力学模型,对刀具进行了变形分析,并对变形影响齿轮展成加工精度的程度进行了研究;推导了刀齿发生径向误差和转角误差时被加工齿轮的实际包络方程和产生的齿轮法向误差计算公式;对滚齿机床设计、刀具的设计制造以及齿轮加工过程的进一步研究等方面具有一定的指导意义.     

数控切削过程仿真系统的研究

针对数控加工三维仿真系统的开发,研究了系统的构成,加工过程仿真,三维几何模型的构建、运动轨迹的确定、仿真过程的实时动态显示以及仿真真实感实现的具体方法.根据数控车削加工的特点,提出了一个基于构造单元的工件分解表达模型,利用此模型与刀具实体模型做布尔减运算,来实时模拟工件材料的去除加工过程及验证加工结果;采用三维图形接口标准OpenGL和Visual C 结合作为工具,处理有关计算和图形算法,以获得理想的真实感效果和仿真速度.在此基础上,根据再生性切削力是切屑厚度函数的原理,提取几何仿真中的切削层参数,并将其应用于切削力计算和加工参数优化中,建立起集成CAD/CAM的几何仿真和物理仿真系统.     

型腔曲面加工:球铣力广义模型

本文提出一种力学模型,用于预测曲面球铣力.模型可以根据给定的刀具位置、刀具和工件几何参数自动计算出工件/刀具接触区域.并且,应用解析法确定瞬时切屑负荷(包括或不包括径向跳动)和切削力.除了预报切削力外,模型还应用布尔方法就给定的刀具、工件几何参数和刀具位置关系确定出工件表面形貌和沿工件表面扇形高度变量(并能三维显示出来).用加工铝合金实验验证了模型的正确性.切削力的预报结果与实验测量结果及表面形貌有较好的一致性.     

球头铣刀铣削斜面的三维有限元仿真研究

在能源动力、汽车、航空航天、模具制造等关键零部件的加工过程中,球头铣刀因其特有的刀具几何结构,常作为零件加工的最终成型刀具。考虑到在球头铣刀立铣加工中不同的刀具与工件相对姿态会对切削过程产生不同的影响,本文研究切屑形成和不同走刀方式下切削过程中各物理量(切削力、切削温度等)的变化情况,结合有限元仿真技术在切削加工中的应用,建立硬质合金球头铣刀铣削斜面的有限元模型,模拟相同切削参数下,八种不同走刀方式的球头铣削过程,分析刀具切入切出工件时切屑的形成过程,探究切削力和切削温度的变化规律。仿真结果表明:不同的走刀方式,平均切削合力各不相同,同时切屑和工件的最大切削温度也出现较大差异,而斜坡上坡逆铣的走刀方式所对应的平均切削合力和最大切削温度均最优。     

摆线铣削淬硬钢工件上的槽

在淬硬工件上铣槽一直是切削加工中的难题之一,其原因有三：①加工时,刀具的大部分切入工件中,会产生很大的切削力和较多的切削热;②每个刀齿上切屑的载荷不均匀,切人工件最多的刀齿载荷最大,其它位置的刀齿载荷较小;③随着容屑槽逐渐被切屑填满,排屑空间变小,切屑的重切机率增大。     

滚齿机床振动对齿轮几何精度的影响

滚齿机床切削加工过程中,刀刃成排轮流从切入到切出,切削力由小逐渐变大,再逐渐变小,在工件和刀具之间产生周期性的激振力,使刀刃和工件加工表面产生相对位移,对加工齿轮的几何精度产生影响。研究机床结构振动与被加工齿轮精度的关系,建立滚刀和工件加工表面产生的相对位移对齿轮几何精度影响的理论模型,定量推导出了由此相对位移产生的齿廓误差;通过大量实验,对滚刀和工件加工表面产生相对位移对应的齿轮齿廓误差进行在线精密测量;使用此齿廓误差减法运算新方法,对两组实验数据进行对比分析。结果表明:提出的运算新方法能够准确地处理数据,实验数据很好地验证了建立的理论模型的正确性,误差小于2%。     

网格属性对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响

为了探索单元类型以及网格划分方式对航空薄壁圆筒车削仿真过程的影响,利用Abaqus软件和AdvantEdge软件对薄三维模型以及薄壁圆筒模型的车削过程进行了对比分析,同时以主切削力和切屑形态为指标对切削仿真质量进行了评价。结果表明:在保证薄三维切削仿真精度的前提下,六面体网格可以极大地节省计算时间,更好地反映切削过程中的切屑形态和已加工表面质量等物理量的变化;航空薄壁圆筒车削仿真中采用扫略网格画法可以在一定程度上提高计算效率和工件表面质量。      

基于SolidWorks斜齿轮二次开发技术的研究

文章论述了齿轮三维模型的用途，阐述了利用VB6．0作为开发工具，进行Solid Works二次开发的关键技术。详细论述借助于Solid Works API应用函数接口。实现渐开线高级曲线参数化在Solid Works软件上的实现过程以及控制斜齿轮特征扫描路径螺旋线的参数同斜齿轮参数的数学关系；同时推出斜齿轮端面齿形齿廓曲线组成发生变化时临界齿数的公式。最终建立斜齿轮的三维参数化模型，利用VB界面输入参数可以自动生成斜齿轮的三维模型。     

数控高速铣齿加工过程的有限元法仿真研究

在预先获得工件材料特性参数的基础上,并根据铣削加工的特点,利用有限元软件Deform 3D建立了铣削加工齿轮的有限元模型,基于此模型对高速铣齿加工过程中的切削力和温度进行了有限元模拟。通过铣削力试验测得了相同加工条件下的铣削力值,与仿真结果相差较小,证明了所建有限元模型的正确性,也表明了采用此模型进行的温度的模拟结果是可信的。铣齿加工过程的有限元仿真研究为下一步铣齿加工精度的提高奠定了基础。     

成型滚刀误差对谐波齿轮大变位柔轮精度影响

开展成型滚刀误差引起谐波齿轮大变位柔轮加工误差的仿真计算,定量分析滚刀误差对柔轮几何精度的影响,以更好地控制滚齿精度而提高柔轮的加工质量。建立综合考虑滚刀齿形误差、切削刃螺旋线误差和滚刀径向圆跳动误差的成型滚刀误差模型,进行大变位柔轮滚齿仿真及理论加工误差计算,分析滚刀误差对大变位柔轮齿形误差、基节误差的影响。经研究发现,滚刀切削刃螺旋线误差引起的柔轮齿形误差和基节误差均较大,引起的基节误差值与滚刀切削刃一转内螺旋线误差值大致相同;滚刀齿形误差和径向圆跳动误差对柔轮基节误差影响非常小,滚刀径向圆跳动误差引起的柔轮齿形误差平均值约为滚刀跳动值的40%。     

超精密车削加工有限元仿真研究

为研究不同的切削加工参数对超精密车削加工的切削力、切削温度、切削应力等的影响,用有限元法对金刚石车削过程进行三维仿真,得到在不同切削参数下车削铝合金时的切削力、切削温度、切削应力的变化,以及切削区的微观应力的分布状态。仿真结果表明:刀具所受到的主切削力明显大于其余两个方向的力;当切屑和母体发生分离的时候,切削力会突然降低;工件上应力最大的部分是和前刀面相对的部分;切削温度较低,最高为30℃。根据仿真结果可对切削参数进行优化。     

通用立铣刀真实切削轨迹下五轴铣削力计算

针对五轴铣削中刀具位姿变化和刀具类型差异所导致的铣削力预测难的问题，提出通用立铣刀五轴铣削力计算方法。基于通用立铣刀结构形式，建立通用立铣刀几何模型；综合考虑刀齿真实运动轨迹和刀具姿态变化，构建刀具瞬时切屑厚度模型；将刀具沿轴线方向等分成若干切削刃微元，并根据线性切削力假设建立刀具微元铣削力；将微元铣削力从刀具坐标系转换至工件坐标系下，并沿刀具轴向铣削深度进行积分，获得通用立铣刀的五轴铣削力模型；最后，在混联五轴数控加工实验平台上开展了铣削力测试。实测结果表明:所提铣削力计算方法正确有效，可作为后续五轴铣削工艺参数优选的理论依据。     

钛合金轴向超声振动铣削切削力仿真研究

针对钛合金难加工问题,将超声振动引入到对钛合金的铣削加工中,实现刀具、工件周期性接触分离,从而降低切削力、改善加工质量。以TC4为研究对象,以切削力为研究切入点,通过ABAQUS建立三维铣削仿真模型。对比分析超声铣削和普通铣削在切削力曲线特征以及数值大小上的差别,并通过观察切屑特征分析切削力的波动及稳定性。结果表明:轴向振动铣削有利于降低铣削过程中的切削力,提高切削稳定性。     

盘形滚刀刀圈轧制过程的数值模拟和试验验证

为了研究盘形滚刀刀圈轧制成形规律,利用塑性成形软件建立了盘形滚刀刀圈轧制成形有限元模型。利用仿真模型对滚刀刀圈轧制过程进行了模拟,得到了刀圈轧制过程中几何形状、温度、等效应力参数,并将模拟结果与试验数据相对比。结果表明:本文建立的盘形滚刀刀圈轧制模型是可行的,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

弧齿锥齿轮成形加工切削力理论模型

针对弧齿锥齿轮成形法中切削力计算的问题，提出了一种理论计算方法，将铣齿过程中的复杂状况转化为力学模型，并对力学模型进行求解。首先，结合弧齿锥齿轮成形法加工状况，采用斜角切削理论推导出弧齿锥齿轮微观切削力模型；其次，分析成形法加工弧齿锥齿轮中的切削面积，结合弧齿锥齿轮微观切削力模型计算出弧齿锥齿轮成形法切削力；最后，计算一定工况条件下的切削力。计算结果与仿真、实验数据具有较好的一致性，表明理论模型适用于弧齿锥齿轮成形法切削力的预测，并且大幅缩短了计算时间。     

考虑切削条件变化的刀屑摩擦因数反求方法

基于Advant Edge FEM分析了刀屑摩擦因数对工件已加工表面残余应力仿真的影响,提出了一种利用有限元仿真实验数据建立切削力与刀具几何参数(前角、钝圆半径)、切削用量和刀屑摩擦因数之间关系的经验模型,从而通过切削力的实验值来反求刀屑摩擦因数的方法,以提高工件残余应力分布的有限元仿真精度。仿真实验结果表明,与软件默认的摩擦因数和平均库仑摩擦因数相比,用文中方法所求得的摩擦因数仿真得到的车削45钢工件的残余应力分布与实验结果更为接近。     

考虑切削条件变化的刀屑摩擦系数反求方法

基于AdvantEdge FEM分析了刀屑摩擦因数对工件已加工表面残余应力仿真的影响,提出了一种利用有限元仿真实验数据建立切削力与刀具几何参数（前角、钝圆半径）、切削用量和刀屑摩擦因数之间关系的经验模型,从而通过切削力的实验值来反求刀屑摩擦因数的方法,以提高工件残余应力分布的有限元仿真精度。仿真实验结果表明,与软件默认的摩擦因数和平均库仑摩擦因数相比,用文中方法所求得的摩擦因数仿真得到的车削45钢工件的残余应力分布与实验结果更为接近。     

高强度铝合金铣削加工数值模拟及参数优选

研究高强度铝合金铣削加工数值模拟的工件材料模型简化、切削热力耦合边界设置等理论基础,建立了大平面铣削加工三维有限元模型,计算模拟了材料铣削过程中切屑的形成、切削力和切削热随时间的变化关系,并进一步分析了产生原因,最后以切削力和切削热为目标进行了切削参数优选。研究结果表明:通过切削加工数值模拟方法可有效预测金属切削过程中切削力和切削热的分布状态,同时该方法可为相关材料的切削加工仿真及优化设计提供参考。     

基于Deform-2D的TC4合金的J-C模型参数优化选择

为了更加准确地了解TC4合金在切削过程中所发生的一系列变化,对3组TC4合金的J-C模型参数分别在传统和高速切削条件下进行仿真。通过将切屑形状以及切削力与实验结果进行对比,并进行迭代计算,对摩擦因数和材料的失效参数进行修正,并且将3组参数得到的仿真结果与实验结果进行比较,最终确定一组最佳本构模型参数。在传统切削和高速切削下,该组本构模型参数所得到的仿真结果在切屑形状和主切削力的精度上均占有绝对优势。研究结果为TC4合金材料的切削仿真提供了更为可靠的理论依据。