高速面铣刀设计模型的热力耦合评判方法

基于热力耦合场分析评判高速面铣刀的设计模型。依据需求层次理论,给出高速铣刀性能层次结构,提出高速铣刀性能评判方案;针对高速可转位铣刀串联系统的失效特征和高速铣刀动平衡精度要求,确立高速面铣刀的基本结构,采用均匀试验设计方法获得铣刀组件材料设计方案,构建高速铣削铝合金直径为63mm的面铣刀设计模型;进行高速面铣刀热力耦合场分析,研究铣刀组件材料和转速对其最高切削温度、最大等效应力和刀片位移的影响,评判和优选出可用于高速铣削铝合金的高速面铣刀设计方案;通过高速面铣刀切削铝合金试验,利用铣刀动平衡精度、安全性、切削效率和已加工表面粗糙度试验结果,测试铣刀的高速切削性能满足高速切削要求。     

基于彭恒武判别法的高速面铣刀综合性能评价

在分析高速面铣刀变形和振动对其综合切削性能影响的基础上,采用均匀试验设计方法,通过高转速条件下铣刀变形和固有特性数值分析,获得高速面铣刀最大变形与共振频率回归模型;采用彭恒武判别法建立高速面铣刀综合性能判据,并对典型结构高速面铣刀性能进行了综合评判。结果表明,弹性模量、密度等铣刀材料属性对其安全性和高效切削性能具有重要影响;采用铣刀综合性能判据,可有效地控制其变形和共振范围,获得良好的综合切削性能;采用上述评价方法设计的高速面铣刀切削高强度铝合金时,金属切除率达到129600mm3／min,表面粗糙度小于0．8μm,其综合性能满足高速切削要求。     

高速面铣刀设计及加工研究

高速切削加工技术是一项应用广泛的先进制造技术,对高速面铣刀的设计及加工的研究,一直是高速切削加工技术发展的一个重要的研究方向。本文主要对高速面铣刀的设计与加工进行研究,通过分析与实验相结合的方法,对面铣刀的几何参数、几何角度与切削力之间的关系、刀体设计、加工工序等方面的特点进行了分析和总结。     

基于系统动态设计技术的高速面铣刀研究

在高速面铣刀动态载荷分析基础上,建立高速面铣刀动态切削模型及其动力学微分方程;通过离心力和动态切削力作用下的铣刀振动分析,获得高速可转位面铣刀结构、材料、刀齿分布及组件联结方式对其振动振幅影响规律,并进行了整体式高速可转位面铣刀的开发.结果表明:刀具不平衡量引起的离心力对铣刀自激振动影响最大,齿距差对动态切削力作用下的铣刀振动产生重要影响,该方法已应用于高速面铣刀产品研发中.     

角度铣刀切削力学性能研究

针对角度铣刀结构设计及切削寿命等问题,对角度铣刀切削过程的力学性能进行了研究。依据刀具设计原则对角度铣刀进行了结构设计,以斜角切削理论为基础,基于LS-DYNA建立了角度铣刀三维切削模型,研究了不同切削要素以及刀具几何角度对切削力的影响规律,通过与理论结果对比验证了计算模型的正确性,进而研究了不同角度铣刀的结构的切削力学性能,为角度铣刀的结构设计提供了理论基础。研究结果表明:双角角度铣刀比单角度铣刀表现出更好的切削力学性能,但其刀齿强度较弱,高速铣削时容易引起崩刃;R型刀齿的角度铣刀比尖型刀齿的角度铣刀表现出更好的切削力学性能,可将刀齿形状加工为R型。     

高速内冷立铣刀的三维空化湍流计算

针对内冷铣刀高速切削加工过程中可能会出现的空化现象进行研究。采用三维混合流体完整空化湍流模型,基于RNG的k-ε湍流模型及SIMPLEC算法,对高速内冷铣刀切削区流场进行计算分析,得到了内冷铣刀出现空化现象的临界转速。本研究结果可为优化高速内冷铣刀结构设计提供理论依据。     

椭球头铣刀设计及其刀具路径生成算法

随着航空航天、汽车模具等领域内型面复杂程度的日益增大,目前对不同形状、不同性能刀具的需求也不断增加。设计了一种刀具端部切削刃所在回转面为椭球面的整体铣刀,以下称为椭球头铣刀。建立了椭球头铣刀参数化模型,为刀具的参数化设计提供理论基础。提出了椭球头铣刀的三种切削刃曲线模型:等螺旋角切削刃、正交螺旋形切削刃和新型切削刃,精准的刀具切削刃曲线模型为椭球头铣刀的精准制造提供了理论依据。提出了椭球头铣刀三轴端铣加工曲面的刀具路径生成算法,并通过试验验证了刀具路径生成算法的正确性和可行性,分析了刀具的切削性能并验证了椭球头铣刀的优势,为椭球头铣刀的推广应用提供了理论基础。对椭球头铣刀的参数化设计和应用研究,也为其他新型刀具的设计和应用提供了方法和理论依据。     

球头铣刀高速铣削玻壳屏凸模表面粗糙度研究

通过用球头铣刀在屏凸模型面做切削试验,研究高速铣削时切削速度、进给量及其它因素对工件表面粗糙度的影响规律,获得了高速铣削屏凸模型面所需的优化切削参数,保证了表面加工精度,提高了加工效率。     

面向加工中心的高速铣刀优选系统

针对加工中心高速铣削中刀具及其切削参数选择问题,以已有高速铣削机理研究成果为基础,进行工件高速铣削加工特征研究,并建立高速铣刀优选目标模型和优选规则,完成了基于关系型数据库的高速铣刀优选系统的开发.结果表明,采用该系统优选的铣刀及其切削参数进行高速铣削加工,能有效提高加工品质和加工效率、降低加工成本.     

高速铣刀安全性跨尺度设计方法

高速、断续切削载荷作用下的铣刀,其内部不断积聚的能量会引起铣刀原子不可逆运动和宏观结构的改变,高速铣刀安全性具有跨尺度的关联特性。为了提高铣刀安全性,提出一种高速铣刀跨尺度设计方法。采用力连接的方法实现铣刀连续介质力学与分子动力学跨尺度关联,引入熵值法,定量描述铣刀介观安全性。构建铣刀安全性熵值模型,探究铣刀宏介观结构之间的关系,揭示铣刀宏介观安全性对铣刀直径、齿数、齿根结构、刀齿分布、刀片安装前角和铣刀原子群构型参数的响应特性。利用公理设计方法建立高速铣刀安全性跨尺度关联设计模型,并进行铣刀安全性试验验证。分析和试验结果表明,在铣刀高低熵值区内分别发生了属性和程度不同的原子不可逆运动,齿根结构和刀片安装前角对原子群构型具有显著性影响,利用高速铣刀跨尺度设计方法可以提高其安全性,从而为实现高速铣刀高效、可靠、稳定加工提供了保证。     

高速干式飞刀铣齿切削温度仿真分析及实验研究

根据金属切削和传热学理论,采用高速干式飞刀铣齿模拟滚齿加工过程,建立了飞刀铣齿切削温度的数学模型,推导出飞刀多因素切削温度场计算公式,对高速干式飞刀铣齿的切削温度进行了仿真分析,并结合高速干式飞刀铣齿实验,采集实验数据与理论数据进行了对比分析,考察了切削温度与各主要切削参数之间的关系及变化规律,从而验证理论仿真模型的正确性,为进一步研究高速干式滚齿的切削温度和高速干式滚齿的切削机理等问题,奠定了基础。     

不等齿距端铣刀对端铣振动影响的研究

根据切削理论及端铣过程的几何关系 ,提出了单齿和多齿端铣刀的铣削力模型 ,用有限元分析软件分析了铣床的频谱 ;分析了不等齿距端铣刀的铣削力频谱 ,并在此基础上分析了不等齿距端铣刀的减振机理 ,提出了不等齿距端铣刀齿间角优化设计的依据 ,设计和制造了不等齿距端铣刀 ,并对不等齿距端铣刀和等齿距端铣刀的振动性能进行了对比实验     

A novel mathematical model for grinding ball-end milling cutter with equal rake and clearance angle

In this paper, new mathematical models and grinding methods of ball-end milling cutter were proposed based on the orthogonal spiral cutting edge curve. In order to avoid interference, a conical wheel was also designed and employed to grind the rake and rear faces of ball-end milling cutter on a five-axis grinder. Mathematical models of both rake face with equal rake angle and rear face with equal clearance angle were established to improve the machining characteristics of ball-end milling cutter. The design and simulation software of ball-end milling cutter was developed to design and optimize different shapes of both rake face and rear face. Furthermore, grinding experiment of the new ball-end milling cutter was carried out to confirm the validation of the mathematical models.     

基于失效分析的铝合金高速铣刀设计方法研究

通过对试制样品在切削试验和实际使用中失效形式的实证考察,结合在高速切削状态下高强度铝合金的切削性能和铣刀的应力应变特征,分析了铝合金高速铣刀的失效机理,确定了铝合金高速铣刀的具体设计方法,并简要介绍了其制造、使用要求.     

基于切削力的铣刀磨损在线监测研究

以实验方法研究了高速钢立铣刀后刀面磨损和铣削力之间的关系,建立了表征后刀面磨损和铣削力之间关系的数学模型,并提出了基于切削力的铣刀磨损监测算法。     

面向高速切削的端铣刀研究及应用现状

刀具技术是高速切削的关键,特别是适应高速切削端铣刀,其尺寸较大、结构复杂,存在较多技术难度。本文从刀体结构、性能要求、刀体材料及刀具材料合理选用等方面对高速端铣刀的发展现状进行了分析论述。     

面铣铣削力试验分析及受力密度函数研究

为建立铣刀片铣削力模型，进行了铣削力试验，对铣削力数据进行了采集，并对铣削力的试验数据进行了分析及数据拟合，以切削理论为依据建立铣削力数学模型及铣削力受力密度函数，为面铣刀的应力分析及评价提供了条件，同时为复杂槽型铣刀片的应力场分析及评价奠定了理论基础。     

A game theoretical study of cooperative advertising in a single-manufacturer-two-retailers supply chain

In the high-speed milling process of large end milling cutter, the stress of cutter caused by centrifugal force accounts for a large proportion of the total stress of the cutter and has a great influence on the milling process. In this paper, an end milling cutter with a diameter of 2,800 mm used on large and high-speed aluminum blank milling machine tools is taken as a research object, and the equations of internal stress caused by centrifugal force have been derived by using analytic method. On this basis, the factors affecting the internal stress were analyzed. Furthermore, the analytic results and the finite element analysis results were compared in order to confirm their correctness. Finally, according to the results of stress analysis, structure topology optimization design for large end milling cutter was carried out in order to reduce the weight and centrifugal force of the cutter.     

Multidisciplinary design optimization of a milling cutter for high-speed milling of stainless steel

The milling cutter’s fracture strength is more important than its chemical stability and thermal conductivity in high-speed milling. The multidisciplinary design optimization (MDO) method is employed to optimize the fracture-resistant performance of a milling cutter in this work. An experimental study on high-speed milling of the martensitic stainless steel 0Cr13Ni4Mo is conducted. The cutting forces and cutting temperature in the milling process are measured to provide initial data for the structural optimization of the milling cutter. The mathematical models of cutting force and cutting temperature are studied. Considering that the induced stress in the milling cutter is generated by thermomechanical coupling, the thermoelastic–plastic governing equation in the milling process is introduced in this work. The sensitivity of the structural parameters to the maximum equivalent stress of the milling cutter is calculated, and the structural parameters that have the greatest effects on the maximum equivalent stress are determined as design variables for the cutters’ optimization. The MDO procedure for the cutter’s optimization consists of updating of solid model, finite element analysis of thermomechanical coupling, postprocessing, and optimization algorithm. The MDO results show that the optimized milling cutter has a better fracture-resistant performance than the initial one. The maximum deformation, overall equivalent stress, and deformation are decreased.