铣削力预测方法和影响因素综述

为减少航空发动机薄壁件铣削加工过程中的加工变形,提高加工质量,需对铣削加工过程中的切削力进行预测。因此,综述了多远回归分析预测模型、微元铣削力预测模型、有限元预测模型和人工神经网络预测模型,并对切削用量、刀具几何参数、工件材料、冷却作用、刀具材料和刀具磨损对铣削力的影响进行了分析。     

基于改进粒子群算法的刀具瞬时铣削力预测研究

针对刀具微元铣削力模型预测精度低的问题,建立了基于刀具径向跳动的瞬时铣削力模型,采用改进惯性权重的粒子群算法(IWPSO)对模型进行系数求解。通过改进粒子群算法,避免算法过早收敛而陷入局部最优,提高了算法的速度和精度,降低了模型系数的求解难度,从而减小模型预测铣削力的误差。通过与线性拟合方法求解的铣削力系数对比,在0～0.1s内铣削力预测波形图的波谷与实际铣削力波形图误差较小(5%以内),验证了此模型的精度更高。采用不同铣削参数进行实验,验证了铣削力预测模型预测铣削力的准确性,对实际的铣削加工有着重要意义。     

基于正交试验法的铝合金铣削试验及建模研究

使用六自由度机器人采用多因素正交试验法对铝合金进行高速铣削试验,基于概率统计和回归分析原理,建立了铝合金铣削力预测模型,并对回归方程进行了显著性检验,确认预测模型的可靠性。由显著性检验可知,轴向铣削深度对铣削力的影响较大,主轴转速和进给速度对铣削力的影响较小。研究结果可为六自由度机械臂夹持硬质合金刀具进行铝合金高速铣削时铣削用量的选择提供参考。     

铣削面加工误差预测变异模型研究

提高机床加工过程高效化和精密化的主要障碍是无法预测及控制加工误差,而加工误差主要来源于刀具和工件在铣削力作用下产生的变形。通过引入铣削力和刀具偏摆因素的影响,提出铣削面加工误差预测模型,再引入机床空间误差对该误差预测模型进行修正,形成铣削面加工误差预测变异模型。通过在不同状态下进行端面铣削加工实验,对模型预测结果进行验证。结果表明:对实验结果估算出的判定系数大于0.9,可知该模型对铣削加工误差的预测可信度达到了90%以上;端铣面加工误差预测模型能够正确预测铣削面尺寸误差及其随机分布范围。     

基于铣削力精确建模的工件表面让刀误差预测分析

航空航天制造业结构件的高速铣削加工中,在切削力作用下由整体铣削刀具挠度变形所引起的工件表面让刀误差,严重制约零件的加工精度和效率。针对这一问题,通过建立铣削力精确预测模型,结合刀具刚度特点,对工件让刀误差进行预测分析。将切削速度和刀具前角对切削力的影响规律引入二维直角单位切削力预测模型,并通过试验进行相关系数标定。借助等效前角将直角切削力预测系数应用到斜角切削力的预测,通过矢量叠加构建整体刀具三维切削力模型。分析刀具挠度变形对铣削层厚度及铣削接触中心角范围影响规律。基于离散化的刀具模型和切削力模型,建立铣削载荷条件下刀具等效直径悬臂梁模型弯曲变形计算方法。构建以刀具变形对铣削过程影响作用规律为反馈的刚性工件表面让刀误差及切削力柔性预测模型,通过整体铣刀铣削试验验证所建立理论模型的预测精度。     

基于内置力执行器的铣削颤振的主动控制

高速加工中铣削颤振不仅降低工件的表面加工质量,严重时还会造成刀具或者其他加工部件的损坏,因此对电主轴铣削颤振进行控制具有重要的意义。为对电主轴铣削过程中的颤振进行有效控制,在双绕组无轴承感应电动机的基础上,提出一种具有内置力执行器的感应型高速电主轴结构,建立电主轴—刀具系统的有限元模型、动态铣削模型、双绕组感应型电主轴电磁力模型,在对具有内置力执行器的感应型高速电主轴电磁力进行解耦后,提出基于内置力执行器的电主轴铣削颤振的主动控制方案,通过仿真分析控制器的主要参数对电主轴铣削稳定性的影响。结果表明采用具有内置力执行器的感应型高速电主轴能够有效地提高电主轴铣削的稳定区域以及在抑制铣削颤振方面具有明显效果。     

基于响应曲面法的东非黑黄檀铣削力预测模型研究

东非黑黄檀是典型的难加工木材,铣削加工时刀具磨损很快。采用响应曲面法研究了东非黑黄檀铣削参数对铣削力的影响,并构建了铣削力的二元非线性回归预测模型。实验表明,主轴转速对铣削力的影响最大;回归模型对铣削力的预测值与实际值具有很好的一致性。该模型有助于对东非黑黄檀铣削参数进行优化。     

曲面铣削过程加工路径对切削力和磨损的影响研究

针对不同走刀路径下的复杂曲面加工过程进行球头铣刀铣削Cr12MoV加工复杂曲面研究,分析不同走刀路径下铣削力和刀具磨损的变化趋势。试验结果表明:通过对比分析直线铣削和曲面铣削过程中的最大未变形切屑厚度,可以得出单周期内曲面铣削的力大于直线铣削过程的力,铣削相同铣削层时环形走刀测得的切削力普遍大于往复走刀测得的切削力;以最小刀具磨损为优化目标,运用方差分析法分析得出不同走刀路径的影响刀具磨损的主次因素,同时利用残差分析方法建立球头铣刀加工复杂曲面刀具磨损预测模型,并通过试验进行验证。     

基于载荷控制的拐角铣削进给优化*

针对模具型腔拐角铣削过程,提出一种考虑刀具变形及铣削力变化的基于载荷控制的进给量优化方法。根据拐角的铣削中刀具与工件接触情况的不同,将铣削过程分为五个阶段,分别分析拐角铣削时刀具切削刃真实运动轨迹,建立拐角圆弧运动轨迹下瞬时切屑厚度模型,提高切屑厚度模型在拐角加工中的预测精度。修正铣削力预测模型,使其满足拐角加工过程不同阶段的要求。选取刀具变形量为约束条件,计算不同阶段的允许最大载荷,利用二分迭代法得到该载荷下对应的进给量值。考虑到数控机床的运动加速度限制,对得到的优化进给量值进行二次优化,以满足实际加工的要求。仿真结果表明,在进给优化后的拐角铣削过程中,载荷变化趋于平稳,加工时间缩短。进行拐角加工验证试验,数值仿真计算和试验测量结果表明,建立的铣削力模型能够很好地预测拐角铣削过程。所建立的优化模型为模具型腔的高精、高效加工提供理论支持。     

高速面铣加工的动态铣削力和刀具振动研究

基于力学式切削力预测方法建立了面铣刀动态铣削模型,该模型充分考虑切削厚度、刀具前角和刀具后刀面磨损对铣削力的影响.在Matlab/Simulink环境下,进行了动态铣削力和刀具振动仿真及其频谱分析,并根据仿真结果对转速、齿数、刀具磨损量等影响因素进行了分析验证,该模型有利于揭示各切削参数对动态铣削力和刀具振动的影响规律,从而为实现切削加工参数优化提供理论支持.