基于MATLAB数值仿真的球头立铣刀加工表面三维形貌预测

球头立铣刀在加工过程中和工件表面近似于点接触,因此在复杂曲面零件加工中有显著优势,但是由于球头立铣刀和工件表面的接触点变动范围大,容易造成表面微观形貌的不可控。鉴于表面形貌会对零件的使用性能产生一定影响,而进给量、切削宽度、切削深度、刀具倾角以及球头半径等切削参数是影响球头立铣刀铣削加工过程中工件表面形貌的主要因素。基于经验公式和运动学原理对球头刀具铣削过程进行综合分析,并借助MATLAB软件仿真得到三维表面形貌。分析发现,进给量、切削宽度、刀具倾角以及球头半径对工件表面残留高度的影响较大,其中,进给量对进给方向的表面残留高度影响较大,切削宽度对切宽方向的表面残留高度影响较大。     

高速侧铣参数对7050-T7451铝合金表面粗糙度的影响

为提高航空结构件加工效率和表面质量,通过单一铣削参数实验,研究采用两种硬质合金刀具在高速铣削7050-T7451铝合金时,主轴转速、径向铣削深度、铣削进给速度等切削参数以及加工方式(顺铣、逆铣)对表面粗糙度的影响.分析表明:表面粗糙度随刀具尺寸和径向切深增大而增加,在铣削进给速度增加趋势下仅有较小波动,不受主轴转速直接...     

SLM钛合金3D打印件铣削加工参数优化分析

针对SLM钛合金3D打印件表面质量无法满足装配精度要求,仍需进行二次加工的需求,设计正交试验方案,建立表面粗糙度的预测模型并进行铣削参数优化分析,为SLM钛合金3D打印件铣削加工的切削参数选择提供依据。首先,对实验数据进行多元线性回归,建立适用于SLM钛合金件的铣削加工表面粗糙度数学预测模型,给出了切削速度、每齿进给量、轴向切深及径向切深与表面粗糙度的量化关系;建立以加工效率和表面粗糙度为优化目标的多目标切削参数优化模型,使用Pareto最优解集理论进行多目标切削参数优化,优化结果表明在切削速度130 m/min,每齿进给量0.01 mm/齿,轴向切深0.40 mm时可以得到较好的加工表面粗糙度及较高的加工效率。     

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。     

摆线铣削表面特性的功率谱密度研究

为了研究摆线铣削加工方法下影响工件表面微观形貌的主要因素,采用不同切削参数进行了铣削加工实验,并结合功率谱密度法对获得的表面数据进行了更加全面的分析表征。实验结果表明:采用摆线铣削加工方式时,较大的径向切削深度有利于功率谱密度值降低,保证表面质量的同时,提高加工效率;每齿进给量和主轴转速分别和表面轮廓间距、加工振动联系紧密,影响表面凸起和缺陷;加工表面的主要频率分布能够反映加工工艺条件对加工表面形貌的影响。     

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。     

仿生微织构球头铣刀对6061铝合金切削性能的影响研究

针对6061铝合金在切削过程中易出现切屑粘刀现象,引起切削力增大和切削表面质量恶化的问题,以贝类体表耐磨、抗粘附非光滑凹槽形态为仿生对象,在两刃球头铣刀前刀面植入凹槽型微织构。为优选仿生微织构结构参数,进行微织构宽度为0μm、30μm、50μm、70μm、90μm、120μm的球头铣刀铣削试验。通过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)、切削力均值分析及铣削表面三维形貌分析,研究了仿生微织构球头铣刀凹槽宽度对6061铝合金切削性能的影响。结果表明:仿生微织构宽度对球头铣刀切削稳定性、耐磨性及铣削表面质量具有重要影响。优选出仿生微织构宽度为70μm时对减小三向切削力、改善切削稳定性和提高6061铝合金铣削表面质量均有较理想的效果。     

铣削钛合金加工表面形貌特征参数的预测

钛合金在铣削过程中受迫振动明显,刀—工接触关系不断变化,加工表面形貌特征参数难以预测,已成为制约加工表面质量进一步提高的瓶颈。针对铣削振动与加工表面形貌的非线性随机变化特性进行了切削钛合金试验,采用高斯过程回归法构建铣削振动作用下的加工表面形貌高斯过程模型。分析刀齿误差和铣削振动对加工表面形貌特征参数的影响规律,为以加工表面质量分布一致性为前提的铣削钛合金工艺设计提供参考依据。     

不同冷却润滑条件下TB6钛合金高速切削表面完整性研究

通过TB6钛合金高速铣削试验,测量观察加工表面粗糙度、表面三维形貌和表层微观组织等表面完整性特征,利用极差法分析切削参数对表面粗糙度影响的显著性,探讨冷却润滑条件对加工表面形貌和表面变质层的影响。研究表明:工艺参数对表面粗糙度影响程度依次为径向切深、切削速度、进给量和轴向切深;相比低温冷风加,微油雾润滑加工时钛合金表面粗糙度低,且表面无明显晶粒变形,表明加工表面塑性变形是影响粗糙度的主要因素。     

高速铣削球头立铣刀加工倾角的研究

球头立铣刀铣削曲面时,刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响,在扼要介绍高速铣削对球头铣刀要求的基础上,通过对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角研究,得出了调整刀具和工件之间的加工倾角,有效改善切削条件的策略,对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义.     

高速铣削半圆弧工件表面形貌的仿真

在高速铣削情况下,利用平面刃球头铣刀沿半圆弧路线进行加工,对加工后的表面形貌进行理论建模与仿真。给出在空间三维切削时刀具切削刃的运动轨迹数学模型,并借助该模型给出球头刀切削半圆弧工件表面形貌的仿真算法。     

微小几何特征微铣削试验研究

微小型零件几何特征的加工质量直接影响微小型零件的使用性能,本文对50μm厚的微小几何特征尺寸精度及表面质量开展试验研究。正交试验结果显示:微铣削黄铜材料时,铣削参数对铣削力的影响主次为每齿进给量f_z、轴向切深a_p、径向切深a_e;铣削参数对尺寸误差的影响主次为a_p> a_e> f_z;铣削参数对表面粗糙度的影响主次为a_p> f_z> a_e。试验获得优化参数组合为a_p=15μm、a_e=30μm、f_z=0. 7μm,表明微铣削过程中轴向切深对加工质量的影响大于其他参数。因此,实际生产中应选择合适的轴向切深,较大的进给量和径向切深,以保证微型几何特征的加工质量,获得较高的加工效率。     

高速铣削SiC_p/Al复合材料表面形貌功率谱密度研究

为了研究切削参数对高速铣削SiCp/Al复合材料表面微观形貌的影响,本文采用不同切削参数进行了高速铣削实验,利用Talyscan150型表面粗糙度测试仪对加工表面进行测量,对获得的表面数据进行功率谱密度(PSD)分析。结果表明:高速铣削SiC颗粒增强铝基复合材料时,进给量与铣削深度对功率谱密度影响不大,切削速度是主要影响因素,并且随着切削速度的增大,功率谱密度值降低,表面质量提高。加工表面的主要空间波长成分能够反映加工工艺条件对加工表面形貌的影响。     

TC18钛合金铣削表面质量试验研究

针对钛合金的难加工性、加工效率较低问题,以提高加工表面质量为研究目的,分析航空用TC18钛合金铣削加工参数对表面粗糙度、加工表面形貌及金相组织的影响变化。使用田口和优化设计模块两种设计方法进行试验,建立两种预测模型(指数模型及多元二次回归模型)并针对两种模型分别使用多目标遗传算法和响应面法以提高表面质量同时提高加工效率为目标进行参数优化。试验结果表明:各参数对表面粗糙度影响顺序为进给量f铣削深度a_p铣削宽度a_e主轴转速n;多元二次回归模型显著性较高,响应面优化参数组合所得表面形貌最优。观察TC18钛合金铣削加工截面金相组织,结论表明靠近加工表面的等轴α相被拉长,析出条状次生α相。     

盖板件高效铣削表面粗糙度预测与工艺参数优化

为了保证7075铝合金盖板件铣削表面质量和提高铣削加工效率,进行工艺参数优化,通过响应曲面法(RSM)构建铣削加工表面粗糙度预测模型,分析铣削工艺参数对表面粗糙度的影响规律。基于表面粗糙度预测模型建立高效铣削工艺参数优化目标方程,采用改进的粒子群算法(PSO)对目标方程进行优化,运用优化后的工艺参数对某盖板件进行铣削加工。试验结果表明：采用优化后的工艺参数进行盖板件铣削加工可以满足表面粗糙度要求,验证了预测模型的准确性和改进PSO方法的可行性。     

涡旋曲面薄壁微细铣削试验研究

涡旋薄壁结构是一种典型的曲率变化的曲面薄壁结构,变曲率的曲面薄壁结构在电子、汽车及航空航天等领域应用广泛。此类薄壁结构在加工过程中时常会存在毛刺、尺寸误差及刀痕等缺陷,加工质量难以保证。在借鉴深切缓进给磨削工艺的前提下,提出了一种大切深缓进给的涡旋曲面薄壁微细铣削工艺,以表面粗糙度Ra、尺寸误差Δ_w及毛刺高度h为加工质量评价指标,进行了微细铣削试验研究,探究了关键铣削参数(每齿进给量f_z、轴向切深a_p、径向切深a_e及主轴转速n)对加工质量的影响,并进行了关键铣削参数优化研究,识别出了较优的切削参数组合,并成功进行了高质量涡旋曲面薄壁微细铣削试验验证。     

高效加工TC4钛合金的铣削过程数值模拟

目前,难加工材料TC4钛合金在切削过程中存在加工效率低、加工表面质量差和刀具使用寿命低等难题。本文针对提高TC4钛合金的加工效率问题,在高速铣削条件下对立铣刀不同轴向切深侧铣加工TC4钛合金进行仿真研究。利用ABAQUS软件建立三维铣削有限元模型并进行相应仿真试验,获取和分析了不同切削条件下的铣削温度场和铣削力波形,并对比了切屑形态。本研究可为高效铣削TC4钛合金实际加工提供理论依据。     

贮箱壁板材料高速铣削加工表面质量试验分析

对火箭箭体壁板材料在高速铣削条件下的加工表面质量进行试验分析,测量了不同转速下刀具最大径向位移跳动量,分析对比了干式切削和微量润滑切削条件下的加工表面粗糙度变化规律。结果显示,主轴转速16000r/min,每齿进给量0.20mm/z,轴向切深4mm时能够获得综合性能较好的加工表面质量和加工效率;在供液距离为50mm时,选用微量润滑高速铣削能够获得更加良好的加工表面粗糙度。     

纤维随机分布CFRP高速铣削比能模型与表面质量优化

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)具有高比模量和比强度、耐腐蚀性和良好的刚度等优良特性,逐渐被广泛应用于航空航天、汽车、国防军工及生物医疗等高端装备领域。然而,CFRP材料的非均质性及各向异性致使其加工表面形貌非常复杂且极易产生加工缺陷,严重制约了CFRP结构件的使用寿命、服役性能及安全可靠性。鉴于高速切削技术有利于提高加工效率和控制表面质量,而切削比能是加工表面质量的重要指标,因此,首先通过引入碳纤维分布、切削效应及边缘效应,阐明切削比能的来源及分布,建立CFRP高速铣削的切削比能预测模型,该比能预测模型精度91.19%。然后,采用三维均方根面粗糙度和三维分形维数对表面质量进行定量表征,根据比能分量与表面质量之间的相关性分析,定义了面向表面质量的比能综合评价指标SCEsq和SCEds,提出基于比能的表面质量优化方法。最后,基于非线性回归分析,分析了铣削参数对SCEsq和SCEds的影响,验证了高速切削有利于减少CFRP加工缺陷。     

超低温微铣削芳纶纤维复合材料表面质量

在常温与液氮超低温环境下对芳纶纤维增强复合材料进行微铣削对比加工试验，获取不同参数环境下的加工表面质量和铣削力数据。结果表明：超低温铣削加工环境能够对加工材料进行改性，降低强度、韧性等属性，使其易于切削，减少抽丝拉毛缺陷的产生，纤维断屑彻底，有助于获得更加优异的表面形貌。超低温环境充分抑制了烧蚀缺陷的产生，提高了加工表面质量，铣削表面粗糙度可达到2 μm以下。与常温环境相比，超低温加工环境具有以下优势：在较高的进给速度下仍能保持良好的铣削表面质量，可以在保证加工质量的同时，一定程度上提高加工效率；铣削力减小明显，刀具表面磨损较小；改善了芳纶纤维复合材料的铣削加工性能，提高了铣削加工表面质量。