刀具几何角度对高速铣削性能影响的仿真分析

切削力和切削温度是影响刀具耐用度及被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等影响很大。因此,合理地选择刀具几何角度对提高刀具使用寿命和生产效率、降低生产成本具有重要意义。以铝合金7075-T651高速铣削为研究对象,借助金属切削工艺软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,并结合单因素法,分析了不同刀具角度的选择对切削力和切削温度的影响。该结果为高速铣削刀具几何角度的选择提供参考。     

刀具前角对螺纹铣刀铣削性能影响的仿真分析

为合理选择刀具前角,提高刀具使用寿命和螺纹加工效率,对某可转位螺纹铣刀铣削加工45号钢进行研究。借助金属切削工艺有限元软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,对比分析了不同刀具前角对切削力和切削温度的影响,进而优化选择合理的铣刀前角,为实际螺纹铣削加工刀具前角的选择提供参考。     

多轴加工铣削力建模与预测

为提高多轴数控加工铣削力预测精度,提出一种基于真实运动轨迹的多轴数控加工铣削力预测方法。首先采用Levenberg-Marquardt算法计算经验铣削力公式中的瞬时切削厚度,获取未变形切削厚度;然后分析多轴力变换过程中切削刃运动扫掠面和真实未变形切削厚度模型,获得基于真实未变形切削厚度的多轴数控加工铣削力预测模型;最后采用硬质合金圆柱立铣刀在五轴加工中心对2024铝合金工件进行三轴和五轴铣削实验,采集多轴数控加工铣削力数据。实验结果表明,该铣削力预测模型的预测值与实验值趋势吻合较好。     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析

针对铝合金材料7050T7451的铣削加工，将刀具视为刚体，前刀面和切屑间的摩擦定义为材料流应
力的函数，采用商业有限元软件DEFORM3D，建立了能够反应实际铣削状态的三维铣削模型.利用该模型模
拟了切屑的形成过程，获得了与实际切屑相似的屑形.通过分析铣削过程中的三维铣削力的变化，揭示了
刀 屑的接触长度.对应力、应变和切削温度分布的分析表明，应力主要集中在第一剪切区，而应变和温
度的最大值在刀 屑接触面上.     

汽车模具拐角加工铣削力建模及仿真

针对数控加工汽车模具型腔中的典型特征拐角时,由于刀具切削余量的增加引起刀具振动加大、噪声加剧、铣削力变化明显及刀具与加工表面挤压加大产生振颤,造成刀具刚性不足、使用寿命降低、加工型面表面粗糙度不均等问题.以汽车模具典型特征拐角为研究对象,依据任意角度铣削拐角几何关系,采用有限元模拟分析方法,进行铣削力建模及仿真.首先建立任意角度拐角铣削过程平均切削厚度计算模型,然后进行铣削力系数识别试验确定铣削力系数;其次结合铣削厚度公式及铣削力系数,建立平底立铣刀拐角加工过程建立瞬态铣削力数学模型;最后对拐角瞬态铣削力进行仿真预测,并与拐角铣削加工试验结果对比.结果表明,仿真软件能有效预测拐角铣削力,为切削参数优选提供参考和理论支撑.     

基于ABAQUS的航空7075铝合金切削二维仿真

针对切削过程理论分析和实际模拟仿真所遇到的问题,分析讨论在模拟金属仿真切削过程中材料的本构模型、失效模型、切屑的分离准则和热力耦合等关键性技术,并利用大型通用有限元仿真软件ABAQUS对7075铝合金切削进行二维切削仿真,模拟得到切削仿真过程中切削力、切削热、应力应变.结果表明:有限元仿真与实际切削加工中的理论相符;利用有限元的方法模拟切削仿真可靠实用.有限元模拟方法得到的各种结果为航空铝合金的切削加工的工艺参数优化、刀具优选和工艺规划奠定了基础,同时也为进一步有效控制整体结构变形提供了新的研究手段.     

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.     

数控铣削加工振动频率和能量实验

以铣削6061-T651 铝合金U 形槽为例, 对铣削时铣削系统的频率和能量数据进行测试, 根据所得到的检测数据分别分析不同主轴转速、进给速度和铣削深度下铣削加工的振动频率和能量峰值。结果表明: 当主轴转速小于1 400 r/ min 时, 振动能量峰值增加, 切削表面质量变差, 因此在加工时, 适当提升主轴转速可提高加工工件表面质量, 每齿进给量超过0. 037 mm 时, 对应的主轴转速为1 400 r/ min, 会发生非线 性变化的振动幅度增加较大的现象, 这是由于主轴转速过小、每齿进给量增大, 导致机床主轴承受的扭矩过大而导致的冲击效果; 随着进给速度的提高, 能量峰值也逐渐提高, 说明振动随着进给速度的提高而增加, 进给速度越快系统振动越大; 铣削深度越大, 铣削振动幅度就越大, 铣削加工的表面质量就越差, 故在精加工时为提高表面质量应适当降低铣削深度。     

碳纤维复合材料周铣加工过程的数值模拟研究

为了对碳纤维铣削过程进行研究,建立了碳纤维复合材料三维周铣加工的有限元计算模型,并研究了切削层简化及材料去除等建模关键技术。通过将周铣力施加到碳纤维复合材料的有限元计算模型,研究了铣削力对碳纤维复合材料的周铣加工过程。通过数值模拟获得了碳纤维复合材料铣削过程中的应力分布情况,数值模拟为碳纤维复合材料切削参数及刀具参数优化研究提供了参考。     

微切削加工Al7050-T7451过程切屑形貌及尺度效应研究

采用硬质合金刀具,通过一系列的单因素直角切削试验对铝合金7050-T7451微切削加工中的切屑形貌、切削力以及尺度效应等进行了研究。为了便于使用Kistler9257B型测力仪进行加工过程切削力的测量,对工件进行处理,使用数控铣削中心实现直角车削。试验方案在不同切削速度下变换切削深度,考虑刀具刃口半径的存在对微切削加工过程的影响。试验中收集不同切削参数下的切屑,得到切屑的宏观形貌;对切屑进行抛光腐蚀,在高倍光学显微镜下获取切屑的微观形貌,研究了切削参数对切屑厚度和卷曲程度等的影响规律。试验过程中实时测得不同切削条件下的切削力,讨论了微切削加工过程切向力和径向抗力受刀具刃口半径影响下的变化规律,并从单位切削力的角度出发研究了刀具刃口半径对微切削加工过程中尺度效应的影响规律。     

机器人行星复合铣削技术验证实验

为提高大型铝合金构件的机器人铣削加工效率而不降低加工质量,开展机器人铣削对比实验研究,探索行星复合铣削方法在机器人切削加工领域应用的可能.提出一种机器人行星复合铣削工具系统,介绍其基本结构与运行原理,并通过建立刀尖运动轨迹模型比较机器人行星复合铣削与机器人端铣刀尖运动轨迹特征.开展Al-2024单因素机器人铣削试验,对比研究机器人行星复合铣削与沿X或Y方向进给的机器人端铣在加工效率、表面粗糙度和切削力等方面的差异.结果表明:相对于机器人端铣,机器人行星复合铣削的加工效率至少提升21.34%,表面粗糙度至少降低33.33%,同时其最大切削力分量和轴向切削力均优于机器人端铣.机器人行星复合铣削相当于多个间隔固定相位角的摆线铣削的有序组合;在相同机器人系统配置与加工参数组合的条件下,机器人行星复合铣削的加工性能优于机器人端铣.研究结果为实现大型铝合金构件高效机器人铣削提供了新方案.     

基于回归法的钛合金(Ti-6Al-4V)插铣铣削力建模分析

针对钛合金(Ti-6Al-4V)的切削特点,研究了具有高速、高效特点的Ti-6Al-4V的插铣过程,分析了切削力的特点,构建了切削力分析试验平台,对铣削力的变化规律进行了研究,采用Taguchi正交试验法,运用多元线性回归法进行数值拟合,建立Ti-6Al-4V插铣过程铣削力模型．经试验验证,该模型是有效的,铣削力误差在10%以内,为研究钛合金插铣过程提供了依据．     

Experiment and finite element analysis of micromilling force

For predicting the milling force in process of micromilling aluminum alloy, the law for micromilling force changing under different milling parameters was studied. The elastic-plastic finite elelent model of micromilling was found using general commercial software. During modeling, the Johnson-Cook＇ s coupled thermal- mechanical model was used as workpieee material model, the Johnson-Cook＇ s shear failure principle was adopted as workpiece failure principle, and the coupled thermal-mechanical hexahedron strain hybrid modules and serf-adaptive grid technology based on the updated Lagrange formulation were used to mesh the workpiece＇ s elements, while the friction between tool and workpiece obeys the modified Coulomb＇ s law that combines with the sliding friction and the adhesive friction. By means of finite element analysis, the law for micromilling force changing under different milling parameters was obtained, and the results were analyzed and compared. Finally micromilling experiments were carried out to validate the results of simulation.     

Investigation of Surface Roughness in High-Speed Milling of Aeronautical Aluminum Alloy

An approach is presented to optimize the surface roughness in high-speed finish milling of 7050-T7451 aeronautical aluminum alloy. In view of this, the multi-linear regression model for surface roughness has been developed in terms of slenderness ratio, cutting speed, radial depth-of-cut and feed per tooth by means of orthogonal experimental design. Variance analyses were applied to check the adequacy of the predictive model and the significances of the independent input parameters. Response contours of surface roughness were generated by using response surface methodology (RSM). From these contours, it was possible to select an optimum combination of cutting parameters that improves machining efficiency without increasing the surface roughness.