影响铣削颤振稳定性的因素与规律分析

应用Altintas切削颤振理论实现了铣削颤振的预测,并对影响铣削稳定性的机床系统因素进行了分析。研究发现,稳定性叶瓣图会受到机床的主轴-刀具系统模态参数影响,尤其是模态刚度、阻尼比和固有频率。另外,通过系统动刚度相同的条件下不同的阻尼比和模态刚度组合对铣削稳定性的影响分析发现,模态刚度对系统稳定性的影响要大于阻尼比的影响程度。分别对影响铣削加工稳定性的刀具参数、工件材料特性以及切削参数等因素及其对铣削稳定性的影响规律进行了分析。结果显示:减小刀具齿数、刀具螺旋角和刀具悬伸量,并增大刀具直径对于改善切削颤振有益;具有较小切向切削力系数和径向切削力系数的材料更容易实现稳定切削;减小铣削宽度,并采用顺铣方式,系统的临界切深更大。     

圆角铣削动态切削力方向力系数的时变性研究

针对圆角铣削加工过程切削力不稳定问题,建立考虑再生颤振作用下的圆角铣削动态切削力模型,通过铣削过程中刀具相对于工件坐标的变化,推导切入、切出角随刀具角速度变化的计算公式,研究动态切削力的方向力系数的时变性问题,在仿真得到的颤振稳定性叶瓣图基础上,对圆角铣削在颤振条件下方向力系数的时变性处理的正确性进行验证,并分析了切削力系数及铣刀齿数对颤振稳定性的影响,为圆角铣削切削参数的选择提供了可靠依据。     

考虑刀具螺旋角的薄壁件高速铣削稳定域预测

针对薄壁件铣削时由于刀具螺旋角对颤振稳定域的影响而不能确保铣削稳定及材料去除率的问题,基于刀具螺旋角对刀具与工件接触状态的影响,建立了考虑刀具螺旋角的薄壁件高速铣削动力学模型;通过实验结合半离散法解析铣削动力学模型,得到了考虑刀具螺旋角的稳定域lobe图,新的稳定域不仅识别出原稳定域中不稳定的参数组合,而且还拓宽了稳定铣削的主轴转速范围,避免了参数优化后依然会发生颤振的可能,从而更好的提高切削效率。     

微细铣削加工再生颤振的研究(英文)

微细铣削是利用微铣刀在高转速下加工复杂三维结构的制造技术。再生型颤振能引起刀具的严重磨损,降低零件的加工质量,是微细铣削加工面临的主要挑战之一。铣削加工过程中切削系数和系统动态特性的多变影响颤振稳定性。针对该问题,建立了考虑再生效应的微铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态试验获得机床 - 刀具系统的频响函数,综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了颤振稳定域解析解。最后进行了颤振稳定性加工实验,验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振解析模型的正确性。     

PVD涂层刀具切削砂岩的磨损面积研究

研究切削参数对PVD涂层刀具磨损面积的影响。利用正交试验进行切削试验,采用网格划分方法计算刀具磨损面积,分析刀具磨损面积与主轴转速、进给速度和切削深度之间的关系,根据试验结果得到:提高主轴转速能够降低刀具磨损面积,增加进给速度与切削深度将使刀具磨损面积增大。根据经验公式,利用最小二乘法建立刀具磨损面积预测模型,通过F检验可知模型具有较高的显著性,并得到切削参数中影响刀具磨损面积的主次关系为切削深度、主轴转速、进给速度。     

高速车削加工颤振稳定域建模与验证

再生颤振是制约高速车削加工效率、加工质量和刀具寿命的主要因素。以高速车削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速车削动态切削力模型和颤振稳定域解析模型;通过模态实验获得机床系统的频率响应函数,在此基础上综合使用车削稳定性判据进行数值分析,获得了车削颤振稳定域解析解;进行了车削颤振稳定性时域仿真,获得了车削过程的切削力和刀具动态位移。仿真实验结果与解析解吻合良好,验证了建立的车削颤振系统动力学模型和颤振解析模型的正确性。     

基于斜角切削模型的铣削加工稳定性研究

针对零件加工过程中发生的颤振现象,结合大型A/B摆五轴龙门铣床,在斜角切削模型的基础上进行了铣削稳定性的研究。基于斜角切削的工作正交平面和法平面参考坐标系,引入切削力系数的修正形式;将切削刃微元在局部坐标系下进行切向、径向分解,经过坐标变换得到在整体坐标系下的切削分量,通过积分求和得到整个铣刀上的切削力。在此基础上采用完全离散解析法对颤振稳定域叶瓣图进行仿真,仿真结果表明,铣削过程中参数选取与颤振临界切削深度存在非线性关系;随着斜角切削刃倾角的增大,临界切削深度加深,稳定区域变大,铣削加工颤振的稳定性得到改善。     

薄壁件铣削加工稳定性分析及试验验证

薄壁件由于刚性差,在铣削过程中难免会出现各种扰动,从而容易发生颤振,严重影响了零件的精度和表面质量。在分析薄壁件铣削过程中的动态位移和动态切削力的前提下,建立了薄壁件侧铣工艺系统的动力学模型和薄壁件再生颤振系统的传递函数。在此基础上应用有限元分析技术对铣削工艺系统进行了模态分析并绘制了工艺系统的稳定性叶瓣图,为稳定的切削参数的确定提供了参考。切削实验验证了所构建的模型和方法对于防止切削颤振是正确和可行的。     

通用螺旋立铣刀的力学和动力学模型(一)

在工业上使用各种形状的螺旋立铣刀.在航空和宇航、汽车和模具工业上,广泛使用螺旋圆柱、螺旋球头、圆锥螺旋球头、大圆角和专用立铣刀.每种铣刀的形状可能不同,但在每个刀刃切削点切削过程的力学和动力学是共同的.本文介绍工业上使用的大多数螺旋立铣刀的广义数学模型.立铣刀形状用绕参数包络包缠的螺旋槽建模.沿参数螺旋槽的刀刃点的坐标用数学表出.应用包含刀具和工件两者振动结构的纯铣削运动学,估计出每一切削点处的切屑厚度.沿和工件接触的每一切削刃进行积分,对任意立铣可预测出切削力、振动、尺寸表面粗糙度和颤振稳定性图.预测出的切削力、表面粗糙度和稳定性图,对于球头、螺旋锥球头和大圆角立铣,可证实本文提出的广义立铣分析方法的可行性.     

基于切削参数的高速铣削系统稳定性研究

切削中的振动对加工质量有很大的影响,通过高速铣削试验及仿真分析,对基于工艺参数和刀具参数的高速铣削系统稳定性进行研究,得到了主轴转速、进给量、切削深度、刀具几何参数等对切削颤振系统稳定性的影响规律。试验所得结果为高速铣削加工切削用量的合理选择,特别是加工参数的优化提供了参考。     

MDH80加工中心铣削稳定性研究

为了提高发动机缸体与缸盖结合面的表面加工质量,研究了铣削加工过程中的颤振稳定性问题。进行了刀具—主轴锤击模态试验和铣削力仿真实验,获得了所用刀具的低阶模态参数及铣削力系数。构建了铣削颤振的稳定性叶瓣图,用于指导切削参数的选择和优化。通过该方法可以选取合适的主轴转速和切削深度,避免加工过程中颤振的发生,提高工件表面的加工精度,并对加工刀具及机床本身有保护作用,可提高其使用寿命。     

圆盘锯齿刀超声切削Nomex蜂窝芯力热分析

为探究Nomex蜂窝芯圆盘锯齿刀超声切削过程中切削参数与切削力热的映射关系,开展圆盘锯齿刀超声切削Nomex蜂窝芯复合材料仿真及试验研究,分析主轴转速、进给速度、切削宽度和切削深度对切削过程中切削力热的影响,建立了切削温度随进给速度、主轴转速的一次回归模型。结果表明:所建立仿真模型最大误差为11.2%,可有效预测切削力与切削温度;三向切削力随着切削宽度,切削深度,进给速度的增大而增大,随着主轴转速的增大而减小;进给速度与主轴转速对切削温度影响显著;实际加工中,应采用大切削深度与切削宽度增加切削效率,采用小进给速度和主轴转速以降低切削温度,减少刀具磨损。     

钛合金TC21车削过程的三维数值建模与试验研究

针对一种新型高强度钛合金材料TC21钛合金难加工的特点,建立了车削过程的三维有限元模型。采用建立的三维车削有限元模型对钛合金材料TC21的切屑成形过程进行了数值模拟,并获得了切削过程的切削力变化曲线及应力值等物理量。同时,通过钛合金TC21的车削试验研究了刀具前角、进给速度及主轴转速对切削过程的影响规律。在相同切削条件下对试验结果与数值模拟进行了对比,结果验证了数值模拟的可靠性。实验结果表明,钛合金材料TC21的切屑也是锯齿状,且随着刀具前角的减小,TC21材料切屑锯齿状形态越明显。     

针对表面粗糙度和刀具振幅的切削用量优化研究

对进给量、切削速度和轴向切深这3个切削参数对工件表面粗糙度和刀具振动幅度的影响进行试验研究。采用BBD响应面法对6061铝工件进行端铣加工试验,并通过数学建模对试验结果进行分析。提出一种基于遗传算法的多目标优化方法来同时减小工件表面粗糙度和刀具振动幅度。建立能预报表面粗糙度和刀具振动的径向基神经网络模型,并通过试验验证其准确性。     

基于NC物理仿真的钛合金薄壁件颤振预测研究

针对钛合金薄壁零件在铣削加工过程中存在的切削颤振问题,以多框类零件为对象,建立了基于NC物理仿真的钛合金薄壁零件颤振预测模型,解决了钛合金零件在工艺准备初期即实现颤振的预报。首先通过试验与仿真相结合的方式,获取工艺系统的颤振稳定域,并进行稳定域内参数优化;其次通过建立有限元模型,进行零件模态分析,获取零件加工过程中的动态特性,确定最优刀具路径;最后利用NC物理仿真软件对零件进行切削过程仿真,预测切削过程中颤振是否发生。结果表明,通过此类技术,可直观有效地跟踪加工过程,提高薄壁件加工稳定性。     

BP神经网络在立铣刀结构参数优化中的应用

钛合金薄壁件的铣削加工过程中,刀具磨损速度快,并且工件容易变形,其主要因素是加工过程中切削力大,切削温度高。文章利用有限元仿真软件Advant Edge FEM铣削仿真数据,建立整体式立铣刀结构参数与切削力和切削温度的BP神经网络预测模型,并对切削预测模型进行了切削实验验证。在此基础上,利用BP神经网络模型的预测结果对整体式立铣刀的结构参数进行了优化,切削实验证明,优化后的刀具参数可以有效地降低切削力和切削温度,从而有效地改善过程中刀具的切削性能和工件的加工质量。     

铣刀的力学和动力学广义建模

本文介绍工业上使用最多的立铣和镶齿铣刀的广义数学模型.立铣刀的几何形状用环绕刀体参量外形的螺旋槽建模.镶齿铣刀的刀刃几何,用每一刀片的局部坐标系定义,并用刀具总坐标系在刀体上对其定位和定向.对两种情况用数学表达了刀刃的坐标.使用铣削时的纯运动学,包括刀具和工件两者的结构振动,估计每一切削点处的切屑厚度.用沿与工件接触的每一切削刃或刀齿积分处理,可预断出任意立铣刀和镶齿铣刀的切削力、振动、表面粗糙度及颤振稳定性图.对螺旋锥球头、大圆孤立铣刀和镶片铣刀,预断和测量出的切削力、表面粗糙度和稳定性图,为提出的广义立铣分析的有效性作了说明.集成到先进切削加工模拟程序中的算法,可用于铣削加工中的工艺计划,以避免颤振、扭矩和功率极限约束及尺寸形成误差.     

基于Archard磨损模型的超细晶陶瓷刀具切削淬硬钢的寿命预测

为了预测超细晶陶瓷刀具的寿命,在建立Archard磨损模型和切削有限元模型、摩擦模型的基础上,进行了宏观尺度的模拟仿真和试验。主切削力、刀屑间压力随进给量增大而增大,刀屑之间温度、滑动速度随进给量增大先增大再降低。切削深度对刀屑之间的滑动速度和压力影响较小,但对刀/屑间的温度和主切削力影响较大。根据宏观尺度的超细晶陶瓷切削过程数值模拟的数据结果分析和统计、多元线性拟合、泰勒寿命公式得到超细晶陶瓷刀具的寿命预测模型,进行了超细晶陶瓷刀具切削实验验证,该模型的建立为超细晶陶瓷刀具的实际应用打下理论基础。     

高温合金高速切削性能分析及参数优化

对铁基高温合金切削过程进行有限元建模和动态数值模拟,并结合高速切削试验平台,通过多元正交试验分析切削参数对切削力及刀具磨损的影响规律,得到基于切削用量的切削力和刀具寿命预测模型。最后应用遗传算法对切削参数进行合理选择与优化,试验所得数据为镍基合金高速切削工艺参数的选择提供了参考和依据。     

镍基合金高速切削性能分析及参数优化

对镍基合金切削过程进行有限元建模和动态数值模拟,并结合高速切削试验平台,通过多元正交试验分析切削参数对切削力及刀具磨损的影响规律,得到基于切削用量的切削力和刀具寿命预测模型.最后应用遗传算法对切削参数进行合理选择与优化,试验所得数据为镍基合金高速切削工艺参数的选择提供了参考和依据.