覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试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在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

复杂曲面零件超精密多轴铣削加工工艺研究

常规的铣削加工工艺在工艺规划中具有不确定性,影响工艺质量。针对铣削加工工艺的质量问题,研究人员设计了多种加工工艺。基于NSGA-Ⅱ的多轴铣削加工工艺,与基于切削稳定性与表面质量约束的多轴铣削加工工艺的应用较为广泛。因此,设计了复杂曲面零件超精密多轴铣削加工工艺。选择小楔角铣削加工刀具,选用0°前角作为刀具楔角,结合刀柄结构缩小回转半径,实现铣削刀切削稳定的目标。规划复杂曲面零件超精密多轴铣削走刀轨迹,将多轴轮廓铣的刀轴位姿与投影方向进行调整,在复杂曲面零件表面生成光滑轨迹,确保铣削加工质量。采用仿真实验,验证了该工艺的铣削质量更佳。     

基于误差补偿的叶片铣削加工过程仿真研究

对发动机叶片在现有夹具定位下的螺旋铣削加工状态进行了研究,建立了基于瞬时铣削力的叶片变形模型,提出了基于加工表面静态误差预测、补偿的离线多层次误差补偿方案,利用有限元模拟技术结合铣削力模型,迭代求解各个刀位点处的弹性让刀变形量,据此修正原始的数控刀具轨迹代码,达到消除加工变形误差的目的;并通过有限元ANSYS仿真,得到实时误差补偿刀位轨迹,通过实验验证补偿方案的正确性和实用性。     

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。     

基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系,利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹,提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制,分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上,以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带,利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正,建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明,提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。     

基于AKIMA插值的光学自由曲面刀具路径优化

FTS金刚石车削技术是加工复杂光学自由曲面加工的主要方法之一。为解决自由曲面难加工,效率低,插值误差波动大的问题,设计曲面离散出刀触点,采用AKIMA插值法对金刚石刀具圆弧半径进行刀具轨迹补偿,生成机床可识别的刀位点轨迹。通过MATLAB仿真实验表明,AKIMA插值法总体上更能逼近理想轨迹,虽然提出的插值方法计算相对复杂,但是插值精度显著提高,能够很好地控制曲面轮廓,保证了曲面的面型精度,同时也满足加工效率方面的要求。     

基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率,在广域空间中分析刀具的干涉误差,对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性,定义曲面可能干涉的区域为广域空间,然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中,计算刀具刀刃曲面的干涉误差,从而构建刀具的实际切削轮廓,并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后,通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系,以加工带宽最大化为目标,实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明,在相同的残留高度要求下,广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法,切触点轨迹长度减少了15.74%,说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。     

面向复杂曲面数控加工的刀具规划控制研究

曲面数控加工是零部件制造的重要组成工艺,普遍存在效率和尺寸精度低、制造成本高等问题。鉴于此,现研究了传统的曲面加工工艺和刀具轨迹控制算法,利用刀具接触和位置路径CAPP系统来优化数控切削过程,通过专家决策和人工智能推导出了最优的刀具位置路径和数控加工代码。加工测试表明,改进后的数控切削走刀干涉量小,加工效率和尺寸精度明显提高,能满足复杂曲面刀具切削规划要求。     

基于切削载荷的余量规划策略

针对高速铣削加工的切削载荷控制问题,提出一种适用于平头立铣刀2.5维铣削加工,考虑切削载荷的余量规划策略——恒力余量。通过加工试验证实了该策略的有效性,并讨论了走刀方向、刀触点轨迹线的连续性、刀具浸入包角和刀具半径对恒力余量规划结果的影响。与传统的几何等距余量规划方法相比,恒力余量策略能够显著改善切削载荷的波动情况,避免切削载荷的突变,为控制铣削载荷提供有效途径。     

基于曲面再设计的钛合金高速铣削热研究

钛合金复杂曲面零件在航空航天、汽车及船舶等工业领域应用广泛。该类复杂曲面零件在高速铣削加工过程中由于加工轨迹曲线几何特征的变化,导致瞬时切削量不断变化,致使复杂曲面铣削热剧烈波动,影响零件表面完整性。为此,以钛合金TC4正弦轮廓曲面三轴高速铣削加工为例,以提高零件表面完整性为目标,通过微调加工余量实现半精加工工序曲面轮廓的再设计,确保加工过程瞬时切削面积恒定,使得TC4正弦轮廓曲面高速铣削过程铣削温度稳定,为实现高质量加工提供技术支撑。     

基于机床运动模型的走刀步长计算方法

为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率,通过特定机床结构运动建模,对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床,在建立机床运动传递关系的基础上,实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解,构建机床运动模型。基于此,分析切削误差产生机理,推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系,迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明,在相同的允许误差条件下,本文算法较之传统变步长方法,最大误差降低了37.01%,而平均步长相对于等步长方法,增加了8.91%,说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差,并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。     

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。     

自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划

为提高自由曲面数控加工的切削效率,改善刀具的受力状态,提出了一种自由曲面三坐标加工等间距刀具路径规划方法.分析了在实际加工过程中可采用的几种刀具路径规划方法及其实现等距加工的约束条件.研究了等间距刀具路径的计算方法,并针对计算过程中出现的逼近误差校验和刀具路径延伸与裁剪问题给出了解决方法.对等参数线法和等距截面法进行了比较,表明应用该方法规划自由曲面刀具路径,可提高走刀路径对曲面形状变化的适应性和切削行间距分布的均匀性.     

基于有限元仿真的细长导轨加工变形与误差补偿技术

细长导轨是一种典型的航空薄壁件,为解决局部刚度弱而产生的加工变形,提出了以铣削力的施加代替铣削过程模拟的误差补偿技术新方法,可以有效克服对大型工件进行铣削过程模拟的计算量大、求解时间长的问题。首先通过对刀具铣削样件进行Abaqus有限元仿真,获取三坐标方向铣削力并与经验公式对比验证,然后通过Abaqus脚本程序对采样点依次施加铣削力求取加工变形量,通过镜像误差补偿理论获取刀具补偿轨迹。试验表明,仿真计算获得的加工变形曲线与测量获得的加工变形曲线拟合的很好,采用刀具补偿轨迹加工后,工件的加工精度显著提高,变形量减少60%以上。     

虚拟制造中基于刀具变形的复杂曲面加工误差预报

复杂曲面加工过程中刀具的弹性变形是产生曲面加工误差的重要原始误差。着重研究了虚拟制造环境下基于球面铣刀弹性变形的曲面加工误差预报模型。研究并建立了球面铣刀加工复杂曲面的切削力模型和刀具弹性变形模型,在此基础上,分析了曲面生成机理,提出了利用曲面变形敏感系数建立刀具弹性变形对法向加工误差的影响关系。利用该模型可以在实际切削加工前对曲面加工误差进行预报,用以进行误差补偿或切削参数优化。最后,以二维半圆形拉伸曲面为例通过切削实验对本文提出的模型进行了验证。     

五轴曲面铣削的通用表面纹理形貌建模方法

为进一步提高五轴铣削加工曲面纹理形貌仿真建模方法的通用性,同时为考虑刀具姿态角影响及分类的曲面纹理质量评定提供参考,提出了一种基于刀具结构通用参数和通用曲面刀触点坐标系的五轴铣削曲面纹理形貌建模及仿真方法。基于具有通用性的环形铣刀,采用刀具倾斜角?和旋转角θ定义刀具位姿,建立了能够适用于不同刀具及曲面的五轴铣削表面纹理过程的刀具切削刃点表达式。基于离散化思想,结合刀具切削刃点表达式,提出通过几何关系寻找瞬时扫掠四边形内工件网格点来实现曲面纹理形貌仿真。建立了平面和球面两类常用不同几何特征曲面以及不同类型自由曲面在不同刀具姿态角下表面纹理形貌仿真模型,并将平面仿真形貌分为?=0°、?≠0°两类,同时通过平面仿真时间对比验证了该仿真方法的效率更高。最后进行平面切削实验,结果表明,θ=-40°、?=20°及θ=15°、?=60°组合下实际切削与仿真表面纹理特征基本一致,同时实际切削表面纹理形貌特征与仿真分类结果一致,验证该曲面纹理形貌建模和仿真方法正确有效。     

自由曲面等高加工铣削载荷预报

实际生产过程中球头铣刀主要用于曲面加工,但是关于球头铣刀曲面加工切削力的研究很少.本文针对曲面铣削加工中球头铣刀切削力预报的问题,通过离散近似将动态的切削过程分解为一系列进给方向和刀具与工件接触区不断变化的微小瞬态阶段,将剪切和犁切双重作用的静态球头铣刀切削力模型引入到自由曲面铣削载荷预报中,并选取一自由曲面工件进行铣...     

刀具半径补偿指令的正确使用方法和特点

在编制轮廓铣削加工的场合，如果按照刀心轨迹进行编程，其数据计算有时相当复杂，尤其当由于刀具磨损、重磨、换新刀而导致刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既繁琐又不易保证加工精度。为提高编程效率，通常以工件的实际轮廓尺寸为刀具轨迹编程，即假设刀具中心运动轨迹是沿工件轮廓运动的，而实际的刀具运动轨迹要与工件轮廓有一个偏移量（即刀具半径），利用刀具半径补偿功能可以方便地实现这一转变，简化程序编制，机床可以自动判断补偿的方向和补偿值大小，自动计算出实际刀具中心轨迹，并按刀心轨迹运动。     

航空发动机火焰筒舌片车削加工变形量预测及误差补偿北大核心

通过构建槽刀切削力预测模型,针对航空发动机火焰筒舌片因切削力引起的力致变形加工误差问题,提出了一种补偿加工误差的方法。该方法应用有限元法对火焰筒的舌片车削变形(让刀)量进行预测,进而采用曲线拟合方法得到刀具补偿轨迹曲线,利用该曲线进行刀位点轨迹的误差补偿,最终达到提高加工精度、缩短试制周期和降低试制成本的目的。该方法可为其他类似的产品加工变形量预测与误差补偿提供有益的参考和借鉴。     

航空发动机火焰筒舌片车削加工变形量预测及误差补偿

通过构建槽刀切削力预测模型,针对航空发动机火焰筒舌片因切削力引起的力致变形加工误差问题,提出了一种补偿加工误差的方法。该方法应用有限元法对火焰筒的舌片车削变形(让刀)量进行预测,进而采用曲线拟合方法得到刀具补偿轨迹曲线,利用该曲线进行刀位点轨迹的误差补偿,最终达到提高加工精度、缩短试制周期和降低试制成本的目的。该方法可为其他类似的产品加工变形量预测与误差补偿提供有益的参考和借鉴。