基于等厚未变形切削厚度残余应力预测

机械加工引起的残余应力一直是制造领域关注的重点，表面残余应力状态能反映零部件性能与使用寿命.为更好地了解铣削加工零件表面与次表面残余应力状态，将铣削不等厚未变形切削厚度转换为等厚未变形切削厚度进行微元铣削力建模.通过仿真建立2D等厚未变形切削厚度模型研究切削钛合金时的温度，结合微元力与温度模型对铣削后加工表面残余应力进行预测，并将残余应力预测值、仿真值与实测值进行比较.结果表明，残余应力仿真值与实测值的变化趋势基本一致，通过等厚未变形切削厚度建立的残余应力预测模型能够反映表面应力状态.     

球头刀多轴铣削表面形貌建模仿真研究

基于铣削加工刀位轨迹,通过建立球头刀多轴铣削过程中切削刃上任意点相对工件运动的轨迹方程,求解铣削加工表面点形貌高度值.研究了进给方式、刀具倾斜方式、倾斜角度与主轴偏心等因素对加工表面形貌及粗糙度的影响.该算法的优点在于勿需对刀齿进行离散,也不需对工件进行三维网格划分,通用性好.仿真结果与实验及文献结果对比表明,算法对工件表面微观几何形貌和粗糙度的预测准确度高,对实际加工中合理选择加工参数具有指导意义.     

紫铜薄壁零件微铣加工变形分析及预测

针对紫铜薄壁微铣削加工过程中的位移变形问题,建立了铣削力数学模型,采用四边形薄板单元有限元方法对薄壁铣削的位移变形进行分析预测。为了验证铣削力模型和薄壁变形预测的准确性,利用金刚石微铣刀对紫铜进行铣削试验。最后,通过光学显微镜和扫描电镜进行观测。结果表明:本文试验结果与仿真结果几乎吻合,证明本文建立的铣削力模型及采用的薄板变形分析方式可以有效地预测加工变形,且载荷位置与薄壁变形关系密切,切削变形随薄壁厚度的减小而快速增大。     

五轴侧铣加工瞬时未变形切屑厚度计算模型

在五轴侧铣加工铣削力建模中,瞬时未变形切屑厚度的计算是铣削力预测的关键环节,直接影响着铣削力预测的精度与效率。为了提高铣削力的预测精度与效率,本文基于五轴机床空间运动分析,并考虑刀具径向跳动因素,提出了一种五轴侧铣加工瞬时未变形切屑厚度模型。首先,分析了五轴侧铣加工中铣削刃随刀具旋转、摆动与平移的复合运动规律,得到在不同刀位点处各切削刃的坐标位置;其次,考虑刀具径向跳动因素,提出了一种瞬时未变形切屑厚度的快速计算方法;最后,结合参数化厚度补偿的思想,对求解出的瞬时未变形切屑厚度进行修正,建立了一种等效厚度模型。将本文提出的等效厚度模型与现有的圆弧模型和线性迭代精确模型应用于算例中进行仿真,结果表明：等效厚度模型相更加接近迭代精确值,平均误差率仅为1.37%,相比圆弧模型的平均误差率降低了8.35%,一定程度上提高了瞬时未变形切屑厚度的预测精度;在保证了预测精度的前提下,该模型相比线性迭代模型将瞬时未变形切屑厚度的预测效率提高了10倍以上,在五轴侧铣加工铣削力预测中具有良好的应用前景。     

介观尺度铣削刀具偏心参数在位识别方法

介观尺度铣削加工中,由制造误差和装夹误差所引起的刀具偏心对于铣削力、表面形貌、刀具寿命等影响很大.本文在分析刀具偏心参数对介观尺度实际切削半径影响的基础上,提出了一种介观尺度铣削刀具偏心参数在位识别方法.推导出耦合刀具偏心参数的切削齿实际切削半径计算公式,分析了刀具偏心参数对刀具实际切削半径的影响.在此基础上,建立了刀...     

刃口半径对钛合金铣削力和表面粗糙度的影响

为了研究刀具刃口锋利度对刀具寿命和加工质量的影响,采用不同锋利度的刀具对钛合金进行了切削加工实验。采用钝化前后的刀具及不同钝化效果的刀具进行了切削实验,并以航空领域常用的TC4钛合金为加工对象,以切削力和表面粗糙度为主要因素对刀具性能和加工质量进行了对比分析。由于钝化后的铣刀刃口锋利度降低,铣削加工时钝化刀具产生的铣削力及加工后的表面粗糙度均大于未钝化的铣刀,且铣刀刃口圆弧半径对刀具性能及加工质量也具有重要影响。通过刀具钝化方法对刀具角度进行合理钝化后,刀具使用寿命可提高1倍左右。     

铝合金 Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro／E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。     

多轴加工铣削力建模与预测

为提高多轴数控加工铣削力预测精度,提出一种基于真实运动轨迹的多轴数控加工铣削力预测方法。首先采用Levenberg-Marquardt算法计算经验铣削力公式中的瞬时切削厚度,获取未变形切削厚度;然后分析多轴力变换过程中切削刃运动扫掠面和真实未变形切削厚度模型,获得基于真实未变形切削厚度的多轴数控加工铣削力预测模型;最后采用硬质合金圆柱立铣刀在五轴加工中心对2024铝合金工件进行三轴和五轴铣削实验,采集多轴数控加工铣削力数据。实验结果表明,该铣削力预测模型的预测值与实验值趋势吻合较好。     

广义铣削加工表面创成模型

在分析影响加工表面形貌诸多因素的基础上,首先提出一种广义的铣削加工表面创成模型;然后运用图形矩阵变换原理和矢量运算法则,导出刀具切削刃上任意切削点相对于工件实际运动的轨迹方程;最后,构造出一种高效的三维表面形貌仿真算法．该模型在铣削加工表面形貌仿真方面能给人们提供方法论上的指导．     

航空薄壁框类零件铣削加工表面质量研究

刀具-薄壁深腔框类零件是一个弱刚性系统,在铣削力作用下,刀具及框类零件的薄壁结构发生挠曲,出现欠切与过切,从而使加工厚度产生偏差,严重影响工件加工精度和表面质量.首先介绍铣削力的计算方法,在此基础上研究刀具弯曲、壁板挠曲对加工表面质量的影响.采用有限元法依次计算任意加工点处刀具及壁板的刚度,推导铣削薄壁框类零件时厚度偏差的计算,提出极限铣削力概念.通过数值算例,研究减小加工偏差的方法,提高航空薄壁零件加工精度.     

金刚石车削表面微观形貌形成机理的研究

为了在超精密加工前预测并控制表面粗糙度，提出一种建立圆弧刃车刀金刚石车削表面微观形貌的几何模型的新方法，开发并编写了表面微观形貌的仿真程序，在程序中考虑了刀具几何参数、振动和最小切削厚度对已加工表面特性的影响，通过理论分析和试验研究确定了最小切削厚度与切削刃钝圆半径之间的关系，分析了影响已加工表面粗糙度的若干因素，并在仿真生成的表面微观形貌中成功地加入了随机振动信号，大量切削试验是在自行研制的亚微米CNC超精密机床上进行的，结果表明：利用所建立的表面微观形貌几何模型，能够预测金刚石车削加工将要获得的表面粗糙度。     

铣削508Ⅲ钢不同涂层对刀具切削性能影响

核电水室封头部件属于难加工零件,材料为508Ⅲ高强度钢。针对铣削加工过程中刀具切削性能差、寿命短与加工效率低等问题,首先对涂层硬质合金刀具进行切削仿真,从切削温度和应力方面,分析涂层对刀具切削性能影响;然后进行铣削508Ⅲ钢涂层刀具磨损实验,通过刀具磨损观测及前刀面形貌分析,探究涂层对刀具磨损与刀具寿命的影响;最后进行涂层性能对比实验,讨论不同类型涂层、涂层厚度和不同涂层热扩散率对硬质合金刀具铣削508Ⅲ钢切削过程影响。研究结果为铣削水室封头硬质合金刀具开发及核电零件高效加工等提供技术支持。     

水室封头高效加工层切铣刀优化设计及分析

针对在重型切削过程中,切削力和切削温度远高于普通切削,刀具失效严重制约加工效率和加工质量的问题,以重型切削的典型零件水室封头为研究对象,依据叠加原理,采用有限元方法,进行层切铣刀的优化设计及分析.首先进行切削实验,分析层切铣刀和面铣刀的切削性能;其次结合重型切削特点,从层切铣刀阶梯、刀具几何角度和不等齿距等方面,设计适合于加工水室封头的层切铣刀;然后通过有限元仿真优化主偏角和分析不等齿距对刀具固有频率的影响;最后对优化的层切铣刀进行铣削性能仿真验证.通过以上研究过程,为重型切削刀具设计及仿真分析提供参考和理论支撑.     

基于铣削力突变的拼接模具硬态铣削工艺优化

针对刀具磨损过快和加工稳定性下降的问题,进行了淬硬钢Cr12MoV拼接模具铣削过程中铣削参数和路径优化的研究.通过试验研究揭示了刀具铣削方向、切削速度、进给速度及切削深度对拼接处铣削力突变的影响规律,并借助多因素试验得到了铣削条件对铣削力突变影响的主次因素.为降低铣削力突变对铣削过程的影响,以铣削力突变最小为目标进行了正交试验研究,并在此基础上得到了优化后的铣削参数组合.研究成果可为拼接模具铣削工艺优化提供有意义的参考.     

刀具几何角度对高速铣削性能影响的仿真分析

切削力和切削温度是影响刀具耐用度及被加工表面质量的重要因素,其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切屑的形成、切削力的大小以及散热条件等影响很大。因此,合理地选择刀具几何角度对提高刀具使用寿命和生产效率、降低生产成本具有重要意义。以铝合金7075-T651高速铣削为研究对象,借助金属切削工艺软件AdvantEdge对铣削加工进行模拟仿真,得到加工过程中切削力和温度随时间的变化关系,并结合单因素法,分析了不同刀具角度的选择对切削力和切削温度的影响。该结果为高速铣削刀具几何角度的选择提供参考。     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

GH4169高速切削刀具耐用度及给定约束参数优化方法研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169切削过程中的加工效率低下、刀具耐用度差等问题,新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行了高温合金GH4169高速铣削正交试验,研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度.另外,应用退火罚函数遗传算法建立了以最大切除率为目标函数,以给定刀具寿命为约束条件的切削参数优化数学模型,得到了刀具寿命T≥30min条件下,切除率最大的最优参数组合,并进行了试验验证.研究结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;应用退火罚函数遗传算法建立的切削参数优化模型能在给定约束条件下明显提高加工效率,为现实加工过程中的参数优化提供了一种新方法.     

航空薄壁件与铣刀的加工变形误差补偿研究

基于三维铣削力数学模型,应用实验对铣削力系数进行辨识.以刀具和工件的加工变形为研究对象,仿真出刀具与工件的变形量,并绘制不同约束下的工件变形曲线.通过对曲线的分析,求出加工过程中刀具与工件变形对精度变化影响的因素和规律.提出一种基于有限元加工变形的计算误差补偿方案,实现铣削参数的优化,提高铣削加工精度.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

镍基粉末高温合金的铣削加工

为了研究镍基粉末高温合金的切削加工性,用整体硬质合金TiC涂层和未涂层立铣刀对镍基粉末高温合金FGH95进行铣削试验.通过研究铣削力、铣削温度与铣削用量之间的关系,分析硬质合金刀具的磨损、破损机理,观察其切屑形态,得出了镍基粉末高温合金FGH95的铣削力和铣削温度经验公式.试验表明：硬质合金涂层刀具加工镍基粉末高温合金FGH95的性能要明显优于未涂层刀具,未涂层刀具的崩刃现象严重,涂层刀具最佳铣削速度为40m/min,铣削速度对铣削温度的影响最大,并且随着铣削速度的提高形成了锯齿状切屑.