摆线轮结构件高速铣削过程中铣削力的有限元仿真分析

为了分析高速铣削过程中摆线轮结构件的铣削力的变化规律,基于复杂的摆线轮轮廓,建立了高速铣削过程中该轮廓的铣削力有限元模型。该模型针对摆线轮齿廓加工的工艺特点:即硬度高、壁薄和轮廓复杂等,借助有限元软件DEFORM-3D,将高速铣削过程中的摆线轮齿廓分为3段,根据每一段的几何形状不同,结合材料性能、本构关系以及剪切断裂分离理论,建立不同切削方式的切削力仿真模型并进行仿真,仿真结果表明:摆线齿廓的铣削力呈现出周期性的变化规律,并且铣削合力随铣削速度的增加而减小,工件受到的径向力随进给量的增大而显著增大,切向铣削力受进给量的影响较小。该铣削力模型经试验验证,试验结果与仿真结果具有较好的一致性。     

考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力建模

针对铣削加工过程中工件和刀具接触关系的时变性所导致铣削力预测不精准的问题,提出一种综合考虑工件变形作用下的五轴侧铣铣削力建模方法。首先,基于机械Ⅱ型力学模型,综合考虑剪切力和犁切力作用,建立五轴铣削加工微元铣削力模型;其次,利用欧拉-伯努利梁理论计算工件在任意切削深度下的变形量;进而,更新工件变形量引起的切削深度变化,构建考虑工件变形的五轴侧铣薄壁件铣削力模型;最后,通过试验与模型预测结果对比,得出在考虑变形的情况下,X、Y方向上铣削力的平均峰值误差分别减小了4.42%和0.62%,验证了模型的有效性。     

薄壁工件铣削加工变形的预测

以铣削力模型和ABAQUS有限元分析软件为基础,采用考虑了刀具/工件变形耦合效应、材料去除效应以及工件变形引起铣削力加载点变化等因素的仿真预测方法,建立了薄壁工件加工变形预测的有限元分析模型,并对航空钛合金框体工件进行了铣削加工变形预测及试验验证,仿真结果与试验数据吻合较好。     

铝合金薄壁件高速铣削加工中铣削力的建模与仿真

对铝合金薄壁件在高速铣削加工中的变形进行了分析,在已有的研究基础上建立了新的动态铣削力模型,并进行了铣削力的预测与仿真,通过铣削力仿真结果的分析得出,在薄壁件铣削加工中合理的选择刀具齿数、切深、每齿进给量等因素,对提高工件表面质量是很有效的。     

薄壁件立铣切削力的有限元模拟与实验研究

薄壁件铣削加工中铣削力是导致加工变形的直接原因,是加工误差的主要影响因素.在考虑刀具变形、工件及刀具材料性能参数的基础上,建立了三维斜角切削力有限元模型,利用有限元分析软件ABAQUS对薄壁件斜角切削过程进行了仿真模拟.其次,针对铣削过程进行了切削力测试,结果表明本文提出的切削力有限元模拟方法具有较高的精度,对切削参数的优化提供了理论依据和便利工具.     

汽轮机叶片薄壁曲面加工变形分析及切削参数选择

汽轮机叶片是汽轮机的核心零部件,而薄壁曲面叶片的受力变形一直是加工难题。建立了叶片加工的刀具铣削力模型,采用ANSYS Workbench有限元软件将铣削力施加在数控程序所对应的工件各接触点处,对汽轮机薄壁叶片的加工变形进行分析研究并得到变形量最大的点。通过研究该点处切削宽度、切削速度、进给量和切削深度对叶片变形的影响规律,确定了实际加工薄壁叶片的切削参数,并通过仿真和实际加工验证了其可行性。     

一种基于动力学分析的薄壁深腔零件加工变形仿真方法

为了提高薄壁深腔零件侧壁加工变形的预测精度,对铣削力引起的侧壁让刀误差进行了研究,提出一种基于动力学分析的薄壁深腔零件加工变形有限元动态仿真方法。该方法通过建立刀具动力学方程,求解其中关键参数、得到铣削过程中刀具任意点运动状态,并采用生死单元法对被切削材料进行去除。在计算铣削力时考虑刀具/工件挠度变形对铣削力的动态响应,计算获得考虑让刀反馈的铣刀瞬时切削厚度及总体铣削力,最终得到零件加工过程的实时变化规律,以及在此铣削力影响下工件侧壁的变形量。通过实验验证了仿真方法的准确性。     

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。     

基于Matlab的薄壁零件铣削过程仿真

薄壁结构零件在加工过程中,极易发生变形和切削振动,这对提高加工质量和加工效率十分不利;利用MIKRON UCP800 DURO高速加工中心和相关仪器,针对2A12铝合金薄壁结构零件进行铣削实验,测得特定刀具和工件系统的动态铣削力系数;编制Matlab仿真程序,将仿真的力和试验测量的力进行比较,为进一步研究薄壁零件加工规律奠定了必要的基础。     

三维有限元分析在高速铣削温度研究中应用

高速切削过程中切削温度对刀具磨损、工件加工表面完整性及加工精度有极大的影响。应用有限元法对高速铣削铝合金薄壁件过程中工件与刀具接触面温度、工件内部的温度分布进行了仿真研究,仿真过程中考虑了切削速度、进给量对切削温度的影响。通过红外热像仪对不同主轴转速下工件表面温度的测量,验证了仿真结果与试验结果比较接近。得出在高速切削铝合金过程中,随着切削速度的增加,刀具与工件接触区的温度变化存在二次效应。该结论对铝合金薄壁件加工具有重要的实用价值。     

铝合金薄壁件铣削加工变形有限元分析

提出一种预测汽车主模型检具复杂薄壁件铣削加工变形的方法,将有限元技术应用于薄壁件铣削加工变形的研究中.以简单薄壁件为例,建立有限元模型,预测铣削过程中薄壁件的加工变形,并通过铣削实验对有限元分析结果进行验证,为汽车主模型检具制造工艺的技术改进提供理论依据.     

薄壁件铣削技术研究

在航空航天工业中,薄壁件数控铣削是一种常见的典型加工。本文以薄壁件铣削加工过程为研究对象,完成了对薄板支架零件的数控加工工艺分析,建立了薄壁件加工变形的力学模型,应用有限元分析软件,建立了薄壁件铣削加工变形的模拟环境,总结了薄壁件铣削加工变形的规律,提出了薄壁件加工变形补偿的方法,并在Pro/E软件中生成了走刀路线。本研究成果为解决薄壁件铣削加工问题提供了一定的参考和依据。     

铣削钛合金加工表面形貌特征参数的预测

钛合金在铣削过程中受迫振动明显,刀—工接触关系不断变化,加工表面形貌特征参数难以预测,已成为制约加工表面质量进一步提高的瓶颈。针对铣削振动与加工表面形貌的非线性随机变化特性进行了切削钛合金试验,采用高斯过程回归法构建铣削振动作用下的加工表面形貌高斯过程模型。分析刀齿误差和铣削振动对加工表面形貌特征参数的影响规律,为以加工表面质量分布一致性为前提的铣削钛合金工艺设计提供参考依据。     

基于有限元数值模型和进给速度优化的薄壁件侧铣变形在线控制

为实现在加工过程中对薄壁件侧铣产生的较大切削变形进行在线控制,提出基于有限元数值模型和进给速度优化的在线控制策略。根据薄壁件切削过程的有限元仿真结果,建立数控机床进给速度、切削力、工件切削变形间的数值模型,进而确定用于控制变形的最优目标切削力。在具有开放式模块化的数控系统平台上开发了切削力信号实时采集、滤波功能和基于Brent-Dekker算法的进给速度在线优化策略,并根据滤波后的切削力及相应算法在加工过程中实时调整机床进给速度,保证切削力逐渐接近最优控制目标而实现切削变形的在线控制。试验结果表明,经过进给速度在线优化后的切削过程可将薄壁件侧铣变形控制在规定范围内,同时提高了切削效率。     

薄壁件不一致刀齿铣削时铣削力系数构造与预测

针对薄壁件铣削过程中刀齿半径不一致现象引起的铣削力系数计算失真问题,提出构造刀齿半径不一致时的实际铣削力系数,并采用核偏最小二乘法对不同铣削用量时的实际铣削力系数进行预测。针对两齿螺旋铣刀铣削过程推导理论铣削力系数,根据刀齿半径不一致铣削过程引入名义铣削力,推导刀齿半径误差,构造实际铣削力系数;基于核分析方法突出的非线性分析及预测能力,提出采用核偏最小二乘法在高维空间建立实际铣削力系数关于铣削用量及其组合量的预测模型,分析该方法中核主元个数、高斯核函数核参数对预测模型精度的影响并确定其取值范围。最后分析考虑刀齿半径误差与不考虑时的铣削力系数,并比较核偏最小二乘预测方法与偏最小二乘预测方法,结果表明所提铣削力系数构造过程及预测方法具有较高的计算精度和预测能力。     

周铣过程中加工误差预测新模型

研究铣削加工过程中加工误差的预测及控制策略是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。针对刀具柔性较大的铣削加工过程,以周铣加工过程中的刀具变形及刀齿轨迹计算为基础,建立一种新的加工误差预测模型。该模型从铣削力的预测和刀具变形的计算出发,采用圆弧近似方法求解各刀齿的运动轨迹,然后将各刀齿轨迹离散,通过计算各离散点处所有刀齿轨迹的最小值获得加工误差。与现有方法相比,该建模方法的显著优点体现在两点:一方面,建模过程较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理;另一方面,由于考虑了刀齿轨迹对加工误差的影响,模型的预测结果能够反映已加工表面的形貌。模型的有效性通过一系列铣削试验得到了验证。     

球头铣刀余摆线加工表面形貌的建模与仿真研究

余摆线铣削因切削力小、表面质量和生产率高,而广泛应用于高速加工中。球头铣刀因适应性好,且姿态可灵活调整,而成为多轴加工复杂表面的常用刀具。然而,球头铣刀齿形复杂,余摆线铣削的运动轨迹方向不断变化,工件的材料去除和表面形貌的创成过程异常复杂,传统方法建模困难。提出一种球头铣刀余摆线加工表面形貌的数值仿真方法,根据齐次坐标矩阵变换原理建立刀齿的运动轨迹方程,通过改进Z-MAP算法完成了加工表面形貌的仿真。该算法通过建立刀齿微元的随动矩形包围圈和瞬时扫掠四边形,使用角度累加法快速地获取刀齿微元在单位时间步长内扫掠到的工件网格点,根据多元函数的泰勒公式,用线性插值的方法求出该网格点的高度坐标。仿真结果表明球头铣刀余摆线铣削的表面形貌整体上优于普通直线铣削。试验结果表明,在垂直和倾斜加工条件下,球头铣刀余摆线铣削获得的表面形貌与仿真结果具有较高的一致性,说明所提出的方法可以预测球头铣刀余摆线的加工表面形貌。     

航空薄壁件圆角的铣削加工试验研究

航空薄壁件圆角加工的质量控制一直是不易解决的难题。在圆角的走刀过程中,常常发生欠切、过切、振动等现象,一般要通过手工打磨来消除过切、欠切痕迹或振纹。其不仅降低了刀具的寿命,严重影响了工件的加工精度和加工效率。本文提出了细化圆角走刀路径的铣削方法,以解决航空薄壁件的圆角铣削加工问题。试验结果表明,该方法是有效、可行的。     

螺旋槽螺纹铣刀的磨削砂轮设计

针对螺旋槽螺纹铣刀在磨削加工时内外侧磨削量不同的问题,通过齿形的数学建模和分析计算,提出了其磨削砂轮的修正量计算公式.同时编制了砂轮设计程序,实现了从螺纹铣刀参数到其磨削砂轮参数的自动转换.通过 AutoCAD 和 SolidWorks 应用开发,可以自动生成砂轮的二维图和三维模型.本文提出的方法可以提高螺纹铣刀磨削砂...     

Redesigned Surface Based Machining Strategy and Method in Peripheral Milling of Thin-walled Parts

Currently, simultaneously ensuring the machining accuracy and efficiency of thin-walled structures especially high performance parts still remains a challenge. Existing compensating methods are mainly focusing on 3-aixs machining, which sometimes only take one given point as the compensative point at each given cutter location. This paper presents a redesigned surface based machining strategy for peripheral milling of thin-walled parts. Based on an improved cutting force/heat model and finite element method(FEM) simulation environment, a deflection error prediction model, which takes sequence of cutter contact lines as compensation targets, is established. And an iterative algorithm is presented to determine feasible cutter axis positions. The final redesigned surface is subsequently generated by skinning all discrete cutter axis vectors after compensating by using the proposed algorithm. The proposed machining strategy incorporates the thermo-mechanical coupled effect in deflection prediction, and is also validated with flank milling experiment by using five-axis machine tool. At the same time, the deformation error is detected by using three-coordinate measuring machine. Error prediction values and experimental results indicate that they have a good consistency and the proposed approach is able to significantly reduce the dimension error under the same machining conditions compared with conventional methods. The proposed machining strategy has potential in high-efficiency precision machining of thin-walled parts.