镍基合金Inconel 718薄壁件铣削加工数控程序和切削参数优化

薄壁件加工过程因切削力波动较大可导致切削过程不平稳,需对加工工艺进行优化。建立了镍基合金Inconel718薄壁件铣削加工数控编程优化模型,模型由数控编程、材料数据库和数控加工仿真3个模块组成。在UG中建立工件实体模型,并生成相应NC加工代码;基于Power Law本构方程,考虑材料热力学动态性能和材料分离准则对切削力和切削温度的影响,采用有限元仿真软件AdvantEdge FEM获得镍基合金车削加工的切削力和切削温度等参数;将工件毛坯模型、NC加工代码、材料数据导入Production Module中,对加工过程进行优化。结果表明:利用优化后的数控程序进行加工,可减小切削力波动,有助于改善薄壁件加工过程中的稳定性。     

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。     

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。     

螺旋玉米铣刀铣削TC4材料的切削参数优化研究

针对螺旋玉米铣刀铣削TC4材料受力不均匀,加工效率低的问题,对螺旋玉米铣刀单刀片模型及切削力模型进行分析,通过AdvantEdge FEM软件进行相关的螺旋玉米立铣刀刀片结构参数,刀体参数设置,网络划分等得到螺旋玉米铣刀加工过程中的切削力及切削过程中的温度仿真图形,并以此仿真参数基础,进行验证加工。研究结果表明:对螺旋玉米铣刀铣削力分析后,能为加工TC4材料时更合理的选择切削用量,提高难加工材料的加工效率,减少刀具的磨损。     

新型双刃可转位球头立铣刀设计及其加工仿真研究

球头立铣刀是数控机床上加工复杂曲面的高性能结构化刀具,为了提高球头立铣刀的性能,设计了一款新型双刃可转位球头立铣刀,并在CAD/CAM软件Pro/E中建立其三维实体模型;导入金属切削工艺有限元软件AdvantEdge中进行铣削加工模拟仿真,得到加工过程中切削性能参数随时间的变化关系,并与某标准整体式球头立铣刀的铣削加工进行对比分析。结果表明:该铣刀的性能均较优,验证了文中设计的可行性,分析结果为球头立铣刀的设计优化与加工应用提供了参考。     

表面织构对GCr15淬硬轴承钢切削过程影响分析

针对GCr15淬硬轴承钢切削过程中由于切削力大、切削温度高而导致的刀具磨损加剧问题,在工件表面预置织构,通过有限元仿真结合正交试验对切削过程进行模拟,并通过信噪比分析方法进行优化分析,利用极差分析、方差分析确定最优切削参数组合以及切削参数对于切削力以及温度的影响程度。切削仿真结果表明:切削速度120 m/min、进给量0.05 mm/r、切削深度0.1 mm为最优切削参数组合。在最优切削参数条件下,通过对表面织构GCr15轴承钢进行切削仿真模拟,得到切削力以及切削温度的仿真结果。将表面织构和无表面织构的切削仿真模拟结果进行对比,结果表明表面织构切削仿真的切削力及切削温度都得到有效降低,有利于减少刀具磨损,提高刀具寿命。     

基于梁结构等效模型的机器人铣削有限元仿真

机器人的弱刚度特性导致铣削加工过程中的末端变形是影响零件表面质量的重要因素。在刀具-工件有限元模型基础上,添加梁结构等效机器人末端,建立适用于机器人铣削加工的有限元模型,并通过对实际机器人进行力锤实验获取梁结构的等效力学参数。利用球头立铣刀进行6061铝合金铣削实验,对所提出的有限元模型进行验证,通过仿真对两种不同的机器人刚度性能指标进行对比分析。结果表明：所建立的模型能够正确模拟机器人的铣削加工过程,并可用于机器人铣削加工姿态的优化;考虑加工效率和需求,基于工件几何形状的曲面法向柔度系数指标更适用于优化机器人铣削加工曲面的姿态。     

MDH80加工中心铣削稳定性研究

为了提高发动机缸体与缸盖结合面的表面加工质量,研究了铣削加工过程中的颤振稳定性问题。进行了刀具—主轴锤击模态试验和铣削力仿真实验,获得了所用刀具的低阶模态参数及铣削力系数。构建了铣削颤振的稳定性叶瓣图,用于指导切削参数的选择和优化。通过该方法可以选取合适的主轴转速和切削深度,避免加工过程中颤振的发生,提高工件表面的加工精度,并对加工刀具及机床本身有保护作用,可提高其使用寿命。     

铣削加工表面粗糙度的智能预测

为丁在加工中预测表面粗糙度,在保证铣削的同时提高生产率,将人工神经网络技术引入到铣削加工领域,利用BP神经网络,寻找切削参数和工件表面粗糙度之间的规律,建立起铣削加工表面粗糙度的预测模型.实验和仿真的结果表明,该方法能够得到较好的预测情度.     

硅胶磁弹磨粒钝化对切削结果的影响

对硅胶磁弹磨粒双磁盘磁力钝化对切削结果的影响进行了研究。首先,采用磁弹磨粒双磁盘磁力钝化技术对刀具进行钝化处理,并建立形状因子K关于磁弹磨料钝化参数的预测模型;然后,通过铣削仿真分析K因子和钝化参数对切削温度和切削力的影响规律,并建立相关的预测模型,并结合铣削实验验证仿真试验获得的切削力的有效性。结果表明,高温区域主要分布在刃口和靠近刃口附近的前刀面区域。受切削参数和形状因子影响最大的是F_Y,其次为F_X、F_Z受到影响最小;切削力的仿真模拟结果与铣削实验结果变化趋势一致,仿真与铣削实验吻合度从高到低为：F_X>F_Z>F_Y。     

行星复合铣削及其刀具研究

行星复合铣削方法是复合加工方法的一种实现形式,该加工方法所产生的切削力较普通端铣加工的切削力有大幅度的降低,从而能有效地降低切削热、减少工件变形、提高刀具寿命。行星复合铣削方法切削力大幅度地降低的主要原因是该方法的切削轨迹使其能将厚切削层分解为细小的切削层,而该方法中的立铣刀的螺旋角和半径对实际切削力的影响很小。行星复合铣削方法在刀盘低速旋转时就能实现高速切削,有效地避开了高速旋转刀盘的动平衡问题,结合其切削力小的优势,通过增大刀盘直径并增加立铣刀数量来提高加工效率。行星铣刀采用行星轮系结构,能够达到行星复合铣削方法切削轨迹要求,具有扭矩大、运转可靠等优势。     

圆角铣削动态切削力方向力系数的时变性研究

针对圆角铣削加工过程切削力不稳定问题,建立考虑再生颤振作用下的圆角铣削动态切削力模型,通过铣削过程中刀具相对于工件坐标的变化,推导切入、切出角随刀具角速度变化的计算公式,研究动态切削力的方向力系数的时变性问题,在仿真得到的颤振稳定性叶瓣图基础上,对圆角铣削在颤振条件下方向力系数的时变性处理的正确性进行验证,并分析了切削力系数及铣刀齿数对颤振稳定性的影响,为圆角铣削切削参数的选择提供了可靠依据。     

恒力铣削智能控制算法研究与仿真(英文)

针对数控加工,建立了 2 种以切削力恒定为控制目标的在线智能控制系统。首先,利用 BP 神经网络对铣削过程进行了建模; 然后,基于 BP 神经网络和模糊控制理论,提出了 2 种以切削力恒定为控制目标的在线铣削控制算法; 最后,在变轴向切削深度条件下开展了仿真实验。相对于传统恒速切削,基于 BP 神经网络和模糊控制的在线智能控制系统分别节省了 13.9% 和 13.7% 的切削时间。     

钛合金铣削刀具的磨损对工件表面沿主轴方向粗糙度的影响

采用硬质合金立铣刀对Ti6Al4V进行高速铣削正交试验,将新刀具所加工的工件表面粗糙度和后刀面磨损至0.05 mm左右时的刀具所加工出来的工件表面粗糙度值进行对比分析,研究磨损后的刀具对工件表面粗糙度的影响。利用粗糙度仪对工件表面粗糙度进行测量,使用超景深显微镜对加工后的工件表面形貌以及刀具磨损情况进行观察,并利用测力仪测量铣削加工过程中刀具产生的铣削力。结果表明:当刀具后刀面磨损至0.05 mm时,其切削参数对工件表面的粗糙度影响大小与刀具崭新时的不一样,这是由于刀具的磨损导致在加工时刀具发生了振颤,从而影响到了工件沿机床主轴方向的粗糙度使其粗糙度增大。     

基于三维切削力的螺旋端铣颤振稳定性分析模型

针对螺旋端铣过程中的颤振现象,采用三维切削力模型,提出了新的预测模型。相较于以往采用二维切削力的端铣颤振预测模型,新的预测模型主要考虑主轴刀架刀具单元的柔性,研究了螺旋立铣刀的动态稳定性问题,具有更高的准确性。通过对主轴-刀具组合的有限元建模,得到了刀尖的频率响应。采用三维切削力模型,推导了加工过程中稳定切削深度和工作速度的表达式。利用切削试验对三维稳定性模型进行了试验验证,试验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的端铣稳定性预测模型的正确性,最后,对比分析了基于不同预测模型的颤振稳定域波瓣图,结果表明改进优化后的预测模型具有更高的准确性。     

基于斜角切削的铣削力三维数值模拟

采用有限元软件建立反映金属切削过程中高温、大应变、大应变率的模型,模拟了A16061 - T6铣削加工中刀具微元的斜角切削过程,得到了微元切削力的变化曲线.利用不同切削厚度的仿真结果,分析了切削力、切削力系数与厚度的关系,建立了切削力系数与切削厚度的函数关系模型.利用此模型,模拟了瞬时铣削力.通过铣削试验获得了相同铣削条件下的铣削力,与模拟铣削力比较,发现两者具有良好的一致性,证明了模型的正确性.为复杂工况下铣削力的研究、工件变形预测以及铣削工艺参数优化奠定了基础.     

拐角铣削力建模与MATLAB仿真研究

在模具型腔的加工过程中,拐角铣削加工是不可避免的,其中铣削力是影响工件加工质量和刀具寿命的重要因素。以90°拐角铣削加工为例,利用微元法建立了以刀具参数、进给速度和刀具旋转角度为参变量的铣削力模型,基于MATLAB的GUI模块开发了拐角铣削力仿真软件并进行仿真实验。将仿真结果与采用测力仪测量的结果进行比较,结果显示:仿真结果能有效预测拐角铣削力,为实际切削加工提供参考和理论支撑。     

基于HPSO优化BP神经网络的刀具磨损状态识别

针对BP神经网络容易陷入局部极值导致识别精度低的问题,文章提出了一种基于混合粒子群算法(HPSO)的BP神经网络优化算法。在刀具磨损监测实验过程中,采集刀具切削的声发射(AE)信号,利用小波包分解算法对AE信号进行滤波,并进行特征提取。将频带能量特征和切削参数分别作为主特征和辅助特征,并对其对归一化处理。采用混合粒子群优化算法(HPSO)对BP神经网络预测模型进行优化,利用优化后的模型对测试样本进行模式识别,结果表明,优化后的HPSO-BP模型能够有效地降低神经网络陷入局部极值的情况,提高刀具磨损识别精度。     

可变径向切深下螺旋齿球头铣刀微细铣削

微细铣削加工是使用微型立铣刀在高主轴转速下制造微型元件的加工方式,分析切削力和加工稳定性对表征微细铣削加工过程起着重要的作用。提出一种数值分析的方法来研究螺旋齿球头立铣刀在可变径向切削深度下的微细铣削加工过程。首先建立了球头铣刀微细铣削的模型,并推导了切削力的计算公式;采用时域仿真的方法详细计算了螺旋齿球头立铣刀和平头立铣刀铣削加工的切削力,并对比了二者切削力仿真的结果;通过时域和频域研究相结合的方式详细分析了小径向切深下球头铣刀微细铣削的稳定性。最后,分析得到了Hopf-flip分岔,并深入对比和分析了不同加工条件下铣削加工的稳定性状况。     

基于改进瞬时刚性力模型的机床铣削加工监测

针对用于切削力预测的瞬时刚性力模型所需参数较多且依赖初步切削实验的问题,提出一种不需要切削实验的新型切削力预测方法,实现在实际工厂中监测机床铣削加工过程。在斜角切削模型和正交切削理论的基础上,对传统的瞬时刚性力模型进行改进,减少切削力预测所需的切削参数。改进后的模型仅需在铣削操作开始时从测量的主轴电机扭矩得到的剪切角参数,无需任何额外的传感器就可以实现铣削力预测。在所提模型中,刀具跳动的影响可通过每个切削刃处的旋转半径偏差表示,以精确预测切削力。为验证该模型的有效性,进行切削实验。结果表明：切削力的预测值与实测值吻合较好,在实际加工过程中,无需任何实验铣削或任何额外的力传感器就可以准确了解机床加工状态。