薄壁零件铣削加工稳定性极限分析

针对薄壁零件铣削加工颤振稳定性问题进行了分析研究。综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性,采用三自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的三维动态铣削力模型,求出了高速铣削稳定性极值解析解。根据模态锤击实验获得的频率响应函数(FRF frequency response function),绘出了铣削加工颤振的稳定性图形,并通过实验证实了稳定性图的有效性和准确性。     

数控型腔铣削加工稳定性预测

数控型腔铣削加工过程中,铣刀进入拐角时,刀具-工件间啮合信息的变化通常会引起颤振。针对这一状况,在用半离散算法对刀具-工件啮合状况恒定铣削加工稳定性预测的基础上,结合数控型腔铣削加工过程中加工路径引起的刀具-工件间啮合信息的变化,针对给定的加工路径提出了型腔铣削加工稳定性预测的方法。试验证明,该方法能在数控加工时对型腔加工过程中的铣削稳定性进行成功预测。     

高速铣削稳定性与表面加工精度研究

考虑高速铣削过程中自激振动和强迫振动的影响。利用半离散估计技术和傅立叶展开理论研究了颤振稳定性极限和表面位置误差的关系。研究结果显示。稳定性好的区域处于系统共振区附近。加工表面误差较大,而稳定性好且加工精度高的区域位于共振区左侧。此区域可以通过表面位置误差图和稳定性极限图确定。研究结果通过铣削试验进行了验证。     

铣削系统稳定性判定新方法研究

提出一种简便、实用的铣削系统稳定性判定方法,此判定方法的摹本理论依据,一是铣削系统稳定性极限好的位置所对应的刀齿通过频率(主轴转速与刀齿数的乘积)等于系统的固有频率及其分、倍频;二是共振区的半带宽理论.方法的输入条件是系统的模态参数和部分切削参数,且需要现场进行简单的变切深试验,通过测试获得的响应信号判断系统的稳定性极限.此方法与以往的稳定性分析方法相比,具有简单、实用、可靠等优点,其判定准确性可以完全满足实际加工现场的需要.     

立铣削过程中的颤振稳定性分析与研究

铣削过程中的颤振会导致刀具磨损、工件表面粗糙、产量下降等问题.分析和比较了一维动态铣削数学模型,结合已获得的试验数据,根据一维理论开发出动态铣削仿真软件.该软件预测了在特定铣削条件和模态参数下的稳定性曲线.研究表明,动态铣削仿真软件的开发对于数控铣床铣削参数的给定具有重要意义,仿真计算对铣削过程中稳定性判别是一种有效的方法.     

基于阻尼减振器的铣削过程稳定性研究

针对薄壁件铣削加工中出现的颤振现象采用外置式阻尼减振器。该减振器与刀杆过盈配合联接为一体,铣削过程中可以吸收刀杆受到的振动,通过安装阻尼减振器和未安装阻尼减振器两个铣削对比试验,以阻尼材料、阻尼减振器安装位置为变量,探究该阻尼减振器对铣削抑振和加工稳定性的影响程度及变化规律。试验结果表明,安装该阻尼减振器后系统铣削稳定性得到提高,切削深度平均提高2.5倍。     

基于时域振动速度有效值的铣削稳定性研究

为了提高铣削的稳定性进而提高高速铣削的加工质量,以时域响应中振动速度的有效值作为振动强度的衡量指标,提出一种稳定性判定及不稳定区间颤振强度衡量方法。分别基于强迫振动模型和自激振动模型计算振动速度有效值随转速变化的规律曲线,对比分析了两种模型下的曲线差异,判定不受颤振影响的转速区间,即稳定性区间。对于不稳定切削区间,给出衡量其颤振强度的振动速度有效值差值-转速关系曲线。通过算例与传统方法计算的对比结果验证了该方法的可行性。     

变螺旋铣刀铣削稳定性实验研究

颤振是制约铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。变螺旋铣刀铣削作为一种有效的颤振控制策略,在研究铣削过程发生颤振等现象中受到广泛关注。在此基础上,提出了一种预测变螺距铣刀铣削稳定性预测模型。根据获得的稳定性叶瓣图,针对不同轴向铣削深度和主轴转速,选择了39组铣削参数组合,并进行了铣削实验。通过对实验过程中获取的铣削力信号进行FFT变换,考察了实际铣削与理论预测的吻合性。实验结果表明,该理论方法具有较好的变螺旋铣刀铣削稳定性的预测能力。     

高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

再生型颤振是制约高速铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。以高速铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了高速铣削颤振稳定域的解析解。最后,进行了零件颤振稳定性铣削加工实验,实验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振稳定性解析模型的正确性。     

铣削加工过程的动态稳定性极限分析

在铣削过程中,由于系统模型的非线性和复杂性,加工过程参数很难控制.利用matlab软件,对铣削过程中主轴转速和轴向极限切削深度的关系进行了仿真,分析了系统切削参数对切削稳定性的影响.由仿真结果知,轴向极限切深随着主轴转速的增大呈现周期性变化,系统径向切削参数增大使轴向极限切深变小,增大系统阻尼使轴向极限切深增大.     

Modeling and Analytical Solution of Chatter Stability for T-slot Milling

T-slot milling is one of the most common milling processes in industry. Despite recent advances in machining technology, productivity of T-slot milling is usually limited due to the process limitations such as high cutting forces and stability. If cutting conditions are not selected properly the process may result in the poor surface finish of the workpiece and the potential damage to the machine tool. Currently, the predication of chatter stability and determination of optimal cutting conditions based on the modeling of T-slot milling process is an effective way to improve the material removal rate(MRR) of a T-slot milling operation. Based on the geometrical model of the T-slot cutter, the dynamic cutting force model was presented in which the average directional cutting force coefficients were obtained by means of numerical approach, and leads to an analytical determination of stability lobes diagram(SLD) on the axial depth of cut. A new kind of SLD on the radial depth of cut was also created to satisfy the special requirement of T-slot milling. Thereafter, a dynamic simulation model of T-slot milling was implemented using Matlab software. In order to verify the effectiveness of the approach, the transfer functions of a typical cutting system in a vertical CNC machining center were measured in both feed and normal directions by an instrumented hammer and accelerators. Dynamic simulations were conducted to obtain the predicated SLD under specified cutting conditions with both the proposed model and CutPro?. Meanwhile, a set of cutting trials were conducted to reveal whether the cutting process under specified cutting conditions is stable or not. Both the simulation comparison and experimental verification demonstrated that the satisfactory coincidence between the simulated, the predicted and the experimental results. The chatter-free T-slot milling with higher MRR can be achieved under the cutting conditions determined according to the SLD simulation.     

圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究

为避免在圆角铣削加工中产生颤振,建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,推导其平均方向力系数计算公式。鉴于圆角铣削时主轴转速通常远大于圆角处的进给角速度,两者的平均方向力系数近似相等。因此,经典直线铣削颤振稳定域解析模型适用于圆角铣削,前提是需要用最大径向啮合角代替名义径向啮合角进行仿真。根据铣刀与工件的啮合情况,将圆角铣削分为均匀切宽圆角铣削和非均匀圆角切宽铣削两类,并分别推导出其最大径向啮合角计算公式。在动力学建模基础上开发圆角铣削颤振稳定域仿真模块,仿真结果得到了切削试验的验证,为圆角铣削切削参数的选择提供了一条有效途径。     

考虑模态耦合的球头铣刀颤振稳定域建模方法

球头铣刀广泛应用于曲面加工中,因此构造出针对球头铣刀的颤振稳定域叶瓣图意义重大。利用精细积分法对铣削系统二阶动力学方程进行时域数值求解,由切削刃与切触区域不同时刻的关系,确定出时域数值求解方程中所需要的刀刃瞬时切削部位,通过Floquet定理获得了高精度的颤振稳定域叶瓣图,并在三轴数控机床上进行了正确性试验验证。试验结果与预测结果相一致,表明所提供的方法能够为球头铣刀实现无颤振切削加工提供有力的技术支撑。     

铣刀磨损对铣削稳定性及表面位置误差的影响

为了分析刀具正常磨损后铣削颤振稳定域和表面位置误差,对刀具不同磨损状态下的切削力系数进行辨识,基于全离散法研究刀具正常磨损后铣削颤振稳定域和表面位置误差特性。发现当刀具正常磨损后,铣削系统的稳态临界切深呈现上升的趋势;随着工件表面洛氏硬度的提高,铣削系统稳态临界切深逐步下降,刀具正常磨损后临界切深与后刀面无磨损临界切深的差别逐步变小;在稳定域的局部会出现表面位置误差增加的情况。试验表明,该理论模型可以有效优化刀具正常磨损后的加工参数。     

不锈钢铣削稳定叶瓣图的构建及实验

为了提高压缩机叶轮的加工效率,研究了解析法构建铣削稳定性叶瓣图的方法,并利用该方法实现对FV520B材料加工的参数优化。通过该方法可以选取合适的加工转数和切削深度,避免颤振,使加工后的工件达到要求的精度及表面质量,并能够保护刀具和机床的安全、可靠度。通过实验数据分析获取构建叶瓣图的所需参数,构建稳定性叶瓣图,并在所构建的叶瓣图中选取不同测试点,对叶瓣图进行正确性验证。研究表明,该方法在实际叶轮加工制造中具有重要意义。     

再生颤振的稳定性模型研究

在刀具和工件之间产生的自激颤振不仅影响工件的表面粗糙度和加工精度,而且对刀具寿命有不利影响,甚至无法进行切削加工,这就直接影响生产效率的提高。本文对切削颤振的稳定性模型进行了研究,推导出了稳定切削极限条件下,主轴转速和轴向切深的关系表达式,并用Matlab进行了仿真计算。     

立铣加工钛合金颤振稳定域的研究

为了优化铣削加工中的切削参数来减小或避免再生颤振的发生,在切削加工再生颤振理论的研究基础上,以硬质合金立铣刀粗加工钛合金TA15为研究对象,建立了刀具的动力数学模型,对再生颤振稳定域在频域内进行求解;对再生颤振稳定域解析算法进行程序设计,通过提供由动态铣削实验获得的铣削力系数和由模态分析实验获得的模态参数等程序所需参数计算得到与主轴转速和轴向切深二者相关的颤振稳定域叶瓣图;最后通过对钛合金TA15进行立铣加工实验验证了颤振稳定域解析算法的准确性。     

基于多尺度排列熵的铣削颤振在线监测方法

排列熵是系统复杂性和规则性的一种测度,具有概念简单、稳健和计算速度快等优点。考虑到单尺度排列熵在反映铣削力信号特征方面的不足,通过试验分析提出基于单尺度排列熵和尺度4排列熵作指标的铣削颤振在线检测方法。通过试验验证,所提出的方法能有效地检测铣削颤振。同时基于多尺度排列熵的方法对于铣削力信号采集过程中的噪声、工艺参数变化等不敏感,因此这种方法适用于实际工业生产中的在线铣削颤振监测。     

基于小波包能谱熵的铣削颤振监测方法

针对切削加工过程中容易出现颤振,导致零件表面加工质量降低,本文以铣削加工为研究对象,提出了基于小波包能谱熵的铣削颤振监测方法。信号的采集是一个连续的过程,为避免刀具不参与切削对这种方法的影响,本文提出基于铣削力幅值平方和的方法以识别刀具是否参与切削。试验结果表明,无论对于刀具是否参与切削的识别或者是否出现铣削颤振的监测都能有效的监测。