高速加工热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度分析

建立热缩加长刀杆与刀具配合的有限元模型,给出一种合理确定模型中接触刚度系数的有效方法.随后对不同过盈量、夹持长度及主轴转速对热缩加长刀杆与刀具配合的径向夹持刚度的影响进行分析.最后在建立径向夹持刚度测量方法的基础上,对有限元分析结果进行验证.结果表明,合理的接触刚度系数是正确建立热缩加长刀杆与刀具配合有限元模型的关键;热缩加长刀杆与刀具配合间存在有合理的配合过盈量与夹持长度,以保证配合间夹持均衡而具有很好的夹持刚度,又不至使刀杆强度超过其屈服条件而降低刀杆的使用寿命和精度;当转速超过一定范围时,应考虑离心力对热缩加长刀杆与刀具配合径向夹持刚度的削弱作用.     

切削热对热缩加长刀杆与刀具配合的承载能力的影响分析

建立热缩加长刀杆与刀具配合的有限元模型,对稳定干切削状态下热缩式加长刀杆与刀具配合的温度、接触压力等热力学特性进行了分析。结果表明在高速切削状态下,热缩刀杆与刀具配合的承载能力是初始过盈量、高转速而产生的离心力以及因切削热而形成的瞬态温度场共同作用的结果。通过分析可知,承载能力主要取决于刀杆与刀具的初始过盈量和瞬态温度。随着切削时间的增长,刀杆与刀具的温度不断升高(由于对流与辐射散热,最后趋于稳定),热缩加长刀杆与刀具配合的接触压力减小,承载能力降低,所能传递的转矩被削弱。对热缩式刀杆的合理设计、选择和应用具有一定的理论和现实指导意义。     

热缩加长刀杆与刀具配合的接触特性分析

借助非线性有限元分析技术分析了初始过盈量、配合长度、配合直径以及高速旋转状态下的离心力对热缩式加长刀杆与刀具配合的等效应力、接触变形与接触压力等的影响.结果表明刀杆对刀具的稳定、可靠、高精度夹持取决于合理的过盈量与配合长度;在主轴转速低于20000r/min时,因热缩加长刀杆与其实现过盈配合的刀具的直径都比较小,接触特性主要取决于初始基本过盈量;而当主轴转速高于20000 r/min时,应充分考虑到离心力对刀杆与刀具过盈配合的削弱作用.在此基础上进一步给出了热缩加长刀杆与刀具配合的合理过盈量与配合长度的控制方法与流程,对热缩式刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义.     

刀杆外径对热缩刀杆与刀具配合的力学特性影响分析

为探究刀杆外径对热缩刀杆与刀具配合的力学特性的影响,对热缩刀杆与刀具配合模型进行理论研究,利用有限元软件ANSYS对静态、径向力作用下及感应加热情况下的不同刀杆外径的热缩刀杆与刀具配合等效应力、接触压力、热变形及热应力等力学特性进行对比分析。结果表明,随着刀杆外径的增大,热缩刀杆与刀具配合的总的接触压力、最大等效应力及热应力增大,配合面的最小热位移差值减小。在径向力的作用下,热缩刀杆上的接触应力不再均匀,最大接触应力明显增大,刀具也因径向力的作用而产生变形。在此基础上进一步给出了热缩刀杆外径的控制方法与流程,对热缩刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义。     

热缩刀杆装夹温度的影响因素

为得到热缩刀杆与刀具配合公差与其最小装夹温度之间的精确关系,对影响刀杆接触面最小热位移差值的感应加热长度、热缩刀杆壁厚、锥角、配合长度、内径等因素进行了研究。采用ANSYS参数化设计语言,构建具有过盈特征的刀杆与刀具配合的参数化有限元模型,通过试验验证了模型的可靠性。通过获取热缩刀杆接触面的位移分布,结合刀杆与刀具接触状态的表征方法对接触面上最小热位移差值进行了计算。计算结果表明,配合面最小热位移差值随着热缩刀杆壁厚、配合长度、锥角的增加而减小,随着内径的增大而增大,且适当增大感应加热长度也有利于刀具的装夹。最终建立了配合公差所对应的过盈量?与最小装夹温度T之间的计算关系式,对刀具在热缩刀杆中的装夹及刀杆的结构设计提供理论指导。     

高速加工热装式加长刀杆与刀具配合的力学特性分析

简要介绍了高速加工热装式刀具夹持系统,借助非线性有限元分析技术,对高速旋转状态下热装式加长刀杆与刀具配合的压力、变形与接触应力等力学特性进行了分析,结果表明在高转速下,刀杆与刀具配合的力学特性及夹持状态是初始过盈量与因转速而产生的离心力的共同作用的结果,但因热装式加长刀杆与刀具配合的小直径特性,配合特性与夹持状态主要取决于初始过盈量,可视为非线性接触问题来求解.在此基础上进一步给出了热装式加长刀杆与刀具配合的合理过盈量的控制方法与流程,对热装式刀杆的合理设计和选用具有一定的现实指导意义.     

球头刀铣削过程动力学模型

建立了考虑刀杆柔性的球头铣刀铣削振动模型,探讨了交变轴向力对刀杆固有频率的影响。考虑刀具动态变形和工件表面波纹对切削厚度的再生反馈,建立了球头刀铣削动力学模型,对铣削中的动态铣削力和刀杆振动进行了仿真,证明了离线仿真可以对铣削过程动特性做出预测。     

一种螺旋刃球头铣刀的动态铣削力模型

针对高速铣削中广泛应用的螺旋刃球头铣刀建立刀具微元的铣削力模型,给出了瞬时切削厚度的计算方法,通过积分得出了一种新的整体铣削力模型。该模型考虑了动态铣削时刀杆振动对铣削力的影响,实验数据与仿真结果吻合较好,验证了该模型的正确性。     

基于ABAQUS/Explicit的铣削加工物理仿真技术研究

为预测铣削力,在ABAQUS/Explicit平台上建立了铣削加工物理仿真模型,以高速侧铣加工铝合金7050-T7451槽腔为例,仿真了铣削力,并与实验结果进行了对比。结果表明仿真铣削力与实际铣削力误差最大为20.89%,认为仿真模型可以代替大量的切削实验来获得不同加工参数和刀具参数下的铣削力。     

内圆角铣削加工几何分析及铣削力预测

为实现内圆角加工瞬时铣削力预测,提出了工件轮廓和刀具路径的参数化表示方法,依据圆弧角大小不同将内圆角铣削分为两类,分析了其铣削过程。建立了瞬时铣削力模型,采用等参数间隔法,推导了刀具瞬时位置和位置角计算公式。针对不同铣削阶段,给出了实际径向切深计算模型,提出了基于实际径向切深的瞬时未变形切屑厚度计算方法。对内圆角加工的铣削力预测,并进行试验验证。仿真结果与试验结果在变化趋势和幅值方面均具有良好的一致性,仿真耗时显著减小,表明提出的铣削力模型具有较高的精度和计算效率,从而为恒负载铣削和颤振抑制提供了理论基础。     

PCBN刀具端面铣削淬火钢的铣削力研究

通过试验分别研究了铣削用量、刀具几何参数、工件材料硬度、刀具磨损情况和PCBN材料的晶粒粒度对铣削力的影响，得出了铣削力的经验公式，并提出了降低铣削力的具体途径。     

浅谈顺铣与逆铣在铣削加工中的应用

在铣削加工中,采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度及刀具切削寿命的重要因素之一.铣削方式的选择应视零件图样的加工要求,工件材料的性质、零件在加工中装夹的受力特点以及机床、刀具等条件综合考虑顺铣与逆铣在铣削加工中的应用.在现代加工技术中,各单位对于顺铣与逆铣的应用情况也不尽相同.因此需要掌握顺铣与逆铣的知识和在加工中的应用及切削力的分析.     

薄壁件不一致刀齿铣削时铣削力系数构造与预测

针对薄壁件铣削过程中刀齿半径不一致现象引起的铣削力系数计算失真问题,提出构造刀齿半径不一致时的实际铣削力系数,并采用核偏最小二乘法对不同铣削用量时的实际铣削力系数进行预测。针对两齿螺旋铣刀铣削过程推导理论铣削力系数,根据刀齿半径不一致铣削过程引入名义铣削力,推导刀齿半径误差,构造实际铣削力系数;基于核分析方法突出的非线性分析及预测能力,提出采用核偏最小二乘法在高维空间建立实际铣削力系数关于铣削用量及其组合量的预测模型,分析该方法中核主元个数、高斯核函数核参数对预测模型精度的影响并确定其取值范围。最后分析考虑刀齿半径误差与不考虑时的铣削力系数,并比较核偏最小二乘预测方法与偏最小二乘预测方法,结果表明所提铣削力系数构造过程及预测方法具有较高的计算精度和预测能力。     

高速铣削过程铣削力建模及析因试验分析

根据铣削过程和铣刀的几何模型,建立铣削力的瞬时表达式和平均切削力公式,给出基于响应曲面法的切削力系数的二次多项式。综合应用析因试验设计和统计分析理论,计算切削力系数的回归系数模型并分析了切削参数对切削力系数的影响规律。     

球头铣刀骨铣削力有限元建模与试验验证

在骨科手术中,铣削力对骨裂纹和加工表面质量影响较大。由于临床球形骨铣刀结构复杂,目前尚无有效的理论模型预测切削力。通过引入三维有限元模型模拟球形铣刀加工骨材料过程,评估不同加工参数下的铣削力值。搭建骨铣削试验平台模拟临床操作中的铣削过程,并利用采集到的加工信号分析铣削力。通过试验结果与仿真结果的对比,验证了有限元仿真模型的合理性。该骨铣削有限元模型能够满足不同加工参数下铣削力预测精度的要求,方便指导医生根据不同要求选择合适的加工参数。     

高速铣削镍基合金GH4169切削力的试验研究

镍基合金广泛应用于航空航天上,但加工起来比较困难。文中以镍基合金GH4169为试验对象,进行了高速铣削试验,研究铣削速度vc、轴向切深ap、径向切宽ae和进给量f四个切削参数对切削力F的影响,从而为生产实践提供指导。     

微细立铣削的切削力试验研究

基于直槽的微细立铣削试验,分析了微细铣削力的基本特征,研究了铣削参数对静态和动态铣削力的影响规律。结果表明:与常规尺度立铣削不同,微细立铣削的动态铣削力均大于静态铣削力;直槽微铣削时,进给方向上的静态铣削力和动态铣削力均大于槽宽方向;三个铣削参数对铣削力有着不同的影响规律。     

淬硬碳素工具钢高速铣削力试验研究

对淬硬碳素工具钢T10进行了高速铣削试验,研究了铣削速度、铣削深度、铣削宽度、进给速度对铣削力的影响。结果表明：铣削力随着铣削速度的增加先增大后减小;铣削力随着铣削深度的增大而增大,且变化明显;铣削力分别随着进给速度和铣削宽度的增大而增大,但变化不明显。     

基于动力学约束的端面铣削工艺参数优化

工艺参数优化对提高切削过程的加工效率和加工成本具有重要意义。将铣削系统动力学作为主要约束条件,提出端面铣削工艺参数的多目标优化模型。基于铣削系统动力学分析,得到了综合切削稳定性、工件表面粗糙度、主轴转速、切削力、切削功率等约束的工艺参数多目标优化模型。通过调节权重系数实现优化方向的控制,并采用快速粒子群算法对工艺参数进行优化计算。工艺优化实例及试验表明,采用基于动力学约束的工艺参数优化方法可以获得较好的工艺参数优化结果。     

基于球头微铣刀的铣削力建模与试验研究

以光学玻璃材料为加工对象,基于铣削力微元分析方法,建立了微铣削力理论模型,并通过试验研究对理论分析进行了验证,结果表明,理论计算模型与实验实测的结果较为吻合,球头铣刀动态铣削力模型与实测铣削力曲线总体趋势基本吻合,其误差范围在20%以内。