基于神经网络的薄壁件加工变形预测方法

在薄壁件的切削加工过程中,刀具几何结构是产生工件变形的重要因素之一。刀具单一角度所引起的工件变形规律可以很方便地通过有限元方法获得,但是,若同时考虑刀具多个角度的影响,仅仅利用有限元方法很难揭示多种工况与工件变形之间的关系。为此,针对薄壁件的铣削加工建立了三维有限元分析模型,通过实验数据与仿真值的比较验证有限元分析模型的有效性,以便利用有限元分析模型获取神经网络的训练样本;借助神经网络的非线性映射能力,通过有限的训练样本构建工件变形预测模型;将预测值与相应的有限元仿真值进行比较,结果表明预测误差在3%以内,进一步验证了建立的工件变形预测模型具有合理性。     

圆环面铣刀高速铣削S50C模具钢的工艺参数研究

为了探究高速铣削过程中工艺参数对表面粗糙度的影响规律,采用多因素正交试验方法对常用模具钢S50C进行高速铣削试验,测量了使用圆环面铣刀铣削加工时不同主轴转速、进给速度、切削深度、切削行距、刀具倾角下加工工件的表面粗糙度,利用人工神经网络结合遗传算法建立了表面粗糙度预测与工艺参数优选模型,并且对模型的有效性进行了验证。结果表明,此方法可以用于切削加工前表面粗糙度的预测与工艺参数的优选,同时也为其他材料加工工艺参数的研究提供了方法。     

细深组合盲孔精加工刀具的有限元分析

针对不锈钢零件的细深组合盲孔精加工刀具,在分析刀具刚度对加工精度的影响基础上,采用ANSYS软件对其进行有限元分析.其刀具刚度有限元模型根据刀杆的材料和结构建立,载荷为刃口的三向切削力,刀具柄部约束为固支,通过求解刀杆的变形及应力分布,优化设计出满足加工要求的高刚性刀具.     

TC4铣削加工的刀具磨损与切削力和振动关系研究

采用AlCrN涂层整体硬质合金立铣刀铣削TC4钛合金,测量周刃磨损量、切削力和切削振动。使用扫描电镜（SEM）观察刀具磨损形貌,应用能谱分析的方法研究刀具失效表面元素的分布规律。在揭示磨损机理的基础上,进一步探讨刀具磨损对切削力、切削振动的影响规律,为实现钛合金加工刀具磨损状态的在线检查提供理论和技术支持。研究表明：前刀面主要出现机械裂纹、热裂纹、粘结磨损和氧化磨损,后刀面出现机械裂纹、粘结磨损和氧化磨损;整体上,切削力和振动随着磨损量的增大而增大,但不同磨损状态对切削力和振动的影响不同。     

碳纤维复合材料切削过程的有限元模拟

基于Hashin失效准则,在ABAQUS/Explicit中建立碳纤维复合材料的二维正交切削模型。采用此模型研究切削条件对复合材料切削表面质量的影响。模拟得到了崩碎切屑的形成过程、切削力随刀具行程的变化曲线、应力在刀具及工件中的分布,并分析背吃刀量对切削过程中加工表面质量及切屑形貌的影响,从理论上提出改善复合材料切削表面质量的分析方法。     

自动铣削的动态仿真分析

自动铣削动态仿真的视向离散法,将刀具和工件离散成沿视线方向的直线段,并用刀具直线段剪裁工件直线段以反映切削效果,但仿真结果不具连续性.改进为三角片离散法,即将工件上表面离散为均匀点并将其连为三角片矩阵,程序运行时按刀具路径修改工件上表面点阵高度,再实感渲染动态仿真,解决了加工中多种误差的测量问题.     

水轮机叶片多轴数控加工的仿真环境构建

水轮机叶片多轴联动数控加工仿真环境,通过对数控机床、刀具、夹具及等加工过程映射构建.由测量数据建立叶片毛坯三维模型,用相关软件定义机床CNC功能.再据加工刀具几何参数建立其三维模型.将叶片模型变换到加工位置,算出五轴联动刀具轨迹.并以该刀具轨迹进行叶片切削过程、刀位轨迹及机床运动的动态仿真.     

反弹道非正侵彻的弹体结构响应实验研究

为研究高速侵彻弹体的瞬态结构响应,利用反弹道实验技术和数字图像相关测试方法,在152 mm轻气炮加载平台上建立了结构弹体非正侵彻2024铝靶的反弹道实验系统。通过弹体侵彻铝靶实验,获得弹体在反弹道非正侵彻过程中的实时响应特性,对比倾角、攻角及倾角与攻角联合侵彻作用下的弹体响应特征,得到了不同侵彻条件下弹体结构的定量响应规律。研究结果表明：攻角对弹体结构弯曲响应的影响更明显,3°攻角侵彻后弹体端部挠度大于10°倾角侵彻的结果,5°攻角大于15°倾角的侵彻结果;5°攻角联合15°倾角的侵彻条件下,弹体头部前1/4处轴向塑性应变可达4.6%,尾部均为弹性变形。     

DLC涂层立铣刀的磨损形态及机理分析

利用DLC涂层刀具对碳纤维增强复合材料(CFRP)进行铣削加工,研究刀具的主要磨损形态及磨损机理,分析刀具磨损对铣削力和铣削加工质量的影响规律。结果表明:DLC涂层刀具主要存在磨粒磨损和涂层剥落等磨损形态,而树脂黏附主要出现在涂层剥落区;随VB值的增大,分层因子F_d逐渐增大,且刀具进入急剧磨损阶段,F_d呈快速增大趋势;随VB值的增大,切削力增大趋势较为平缓,当VB值超过62μm时,切削力出现较明显增大;切向切削力F_y对分层因子F_d的影响显著,当径向切削力F_x超过192 N时,F_x对F_d的影响显著增强。     

超声波椭圆振动切削提高加工系统稳定性的研究

切削加工系统稳定性是切削加工中重要问题之一.它不仅影响加工质量和生产率,而且还影响刀具和机床寿命,特别是对刚度弱的零件精密和超精密切削加工,切削加工系统稳定性问题更为突出.本文根据超声波椭圆振动切削原理,分析了其动态背向切削力的特征,提出了具有正负脉冲的超声波椭圆振动切削动态背向切削力模型.从切削动力学角度分析了椭圆振动切削对加工系统稳定性的影响,并用切削实验验证了超声波椭圆振动切削提高切削加工系统稳定性这一切削效果.     

大型X型混流式水轮机叶片五轴联动数控加工技术

大型X型混流式水轮机叶片的五轴联动数控加工技术包括叶片数控加工主要工艺过程中,叶片毛坯三维型面测量、计算机辅助自动余量分布计算、叶片加工定位基准与夹具设计、加工区域划分和加工刀具选择,以及叶片精加工后的型面检测等技术．还包括叶片计算机仿真加工过程中,有关五轴刀住计算及刀具干涉检查计算、切削图形仿真及干涉检查、机床仿真及碰撞检查,以及后置处理和加工程序生成等技术．这些技术已成功用于三峡电站φ3．3m转轮叶片数控加工．     

钛合金薄壁件超声椭圆振动铣削研究

针对航空领域中钛合金薄壁件在铣削过程中存在切削力大、加工精度低等问题,提出了超声椭圆振动铣削方法进行钛合金薄壁件的加工。超声椭圆振动铣削时,刀尖的特殊运动轨迹使刀尖具有高线速度特性和高频断续切削特性,平均切削力大为降低,从而增强了铣刀的切削能力,提高了切削加工精度。利用自制的超声铣削刀柄系统,对钛合金试件进行铣削实验,结果表明与普通铣削相比,超声椭圆振动铣削的切削力可降低达50%,零件的形位精度得到了显著提高。     

芳纶纤维增强复合材料低温铣削研究

为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。 为了降低芳纶纤维增强复合材料铣削加工起毛、高温烧蚀缺陷,提高其切削性能和加工质量,采用液氮作为切削液进行数控铣床深冷切削。利用超大景深数码显微镜测量试样表面形貌,3D表面轮廓仪测量试样表面粗糙度,测力仪测量切削点切削力。建立了材料铣削过程模型;分析了纤维材料干铣削缺陷产生的原因;探讨了液氮深冷铣削机制。结果表明：相比于干切削,深冷切削时切速越高,表面质量越好,相同切速时深冷切削表面质量更佳;两种切削条件下,随着切速升高,主切削力均呈下降趋势,且深冷时下降得更加明显,当相同切速时深冷铣削主切削力较之干切削有所提高;纤维编织粘接成型点承受铣刀刃压力不足,以及纤维高温受力后出现自动避让和伸长的特性,导致铣削表面质量无法准确控制;深冷铣削力的提高,切削区温度的下降都对芳纶纤维加工缺陷的改善起到了积极作用。     

镍基合金蜂窝材料冰固持条件下的超低温铣削研究

由于低刚度航天用薄壁镍基合金蜂窝材料在机械加工后常伴有卷曲、开焊、塌边等缺陷,故需改进其固持和加工方法。将该材料进行冰固持方法处理,采用数控铣床进行高速超低温加工。分析蜂窝铣削性能和加工缺陷产生原因,揭示冰固持超低温铣削机理。试验结果表明：相比于传统固持加工方式,冰固持超低温铣削后,蜂窝表面质量有很大提高,相关加工缺陷得到了有效抑制,切削深度对表面质量影响较大;获得了加工参数对铣削力影响顺序：切深最大,可提高3倍,其次为主轴转速,进给速度最小。该方法提高了蜂窝强度,改善了断屑方式。冰固持超低温工艺为面内径向等效强度小、低刚度薄壁金属蜂窝材料的高效加工提供了新方法。     

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。     

热力耦合作用下双刀车削细长轴的变形分析

为提高细长轴在加工过程中变形计算的准确性,提出一种考虑了切削热和切削力耦合影响的细长轴切削过程仿真方法。通过对细长轴切削加工过程中对流换热进行分析,求解细长轴的对流换热系数;采用有限元法模拟刀具实际切削过程,提取切削力;将温度载荷和切削力同时加载到细长轴上,准确分析细长轴在热力耦合作用下的变形。结果表明,该分析为工程上有效分析细长轴在复杂边界条件下的变形提供了理论参考。     

正交车铣铝合金薄壁回转体振动信号的试验分析

在MAZAK机床上正交车铣薄壁铝合金试件,压电加速度传感器安装在内壁上,通过PCI-1712高速数据采集卡采集薄壁的振动信号。利用MATLAB强大的信号处理功能对采集的加速度信号进行分析,振动信号的时域标识了振动幅值大小,功率谱显示了薄壁振动信号的频率构成和能量分布。分析了自激振动的频率随刀具转速和壁厚变化的趋势,给出了工艺系统发生颤振时的主频率。然后利用小波包处理信号的优势将剧烈颤振加速度信号进行小波包分解,根据能量和频段分布进行节点信号重构,得到小波包滤波后的颤振信号。为了了解车铣切削力在剧烈颤振前后变化情况,应用小波包分解并重构出颤振前后3种不同刀具转速时强迫振动信号,对比发现剧烈颤振时强迫振动的当量电压幅值增大,振动加强,这从侧面反映了正交车钪切削力的大小和变化。此振动分析对正交车铣薄壁零件有一定的指导意义。     

平面曲线端铣加工过程铣削力的建模与预测

针对平面曲线端铣加工过程,提出一种考虑瞬时进给方向的铣削力预测方法。铣削加工时每齿进给量、切入/切出角以及瞬时切屑厚度等铣削参量随着曲线曲率的改变而变化,将单个频齿周期内的曲线加工过程看做是一系列铣削条件恒定的微小稳态加工过程,建立了等效进给量、切入/切出角的矢量计算模型,通过计算每一微小阶段的铣削参量,推导了平面曲线端铣中基于傅里叶级数展开的铣削力模型。以PCrNi3MoVA钢为工件材料,分别进行圆弧和Bezier曲线端铣加工试验,试验结果表明,预测的铣削力在幅值和变化趋势上与试验测量结果吻合良好,验证了该铣削力预测方法的有效性。     

简易数控刃磨机上的旋转锉加工

旋转锉属复杂回转面刀具，需6坐标刃磨机加工，若增加调节参数代替联动坐标轴，仅砂轮x、y、z移动和工件转动4坐标联动则可完成．其成形原理是将工件母线呈水平，工件轴线翘起．过刀具锥顶建立空间坐标系，求出刀具和砂轮轴线矢量及其夹角．并以刀具锥顶和砂轮中心为给定点，算出中垂线长度和到垂足的距离．若2轴线夹角和中垂距相等，2给定点到垂足距离相等，则将其简化为4坐标．该方法已在汉中机床厂简易数控刃磨机上验证．