薄壁零件铣削加工稳定性极限分析

针对薄壁零件铣削加工颤振稳定性问题进行了分析研究。综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性,采用三自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的三维动态铣削力模型,求出了高速铣削稳定性极值解析解。根据模态锤击实验获得的频率响应函数(FRF frequency response function),绘出了铣削加工颤振的稳定性图形,并通过实验证实了稳定性图的有效性和准确性。     

铣削加工过程稳定性分析

考虑刀具和工件的动态特性,建立了二维铣削加工过程的动力学模型,在此基础上,推导了稳定性叶瓣图绘制的公式。通过仿真,分析了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。结果表明：刚度和阻尼率影响叶瓣图的纵向形状,固有频率影响叶瓣图的横向形状,叶瓣图的主要形状由动刚度最小的模态决定。
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铣削加工系统三维稳定性理论研究与进展

切削颤振是高速加工过程中经常遇到的一种现象,而判断稳定切削常用的一种方法就是绘制稳定性图。主要针对国内外铣削加工颤振三维稳定性图和三维稳定性理论研究状况进行了综述,重点给出了Thevenot、U.Bravo和S.Herranz、Tony L.Schmitz和Altintas的稳定性理论。研究指出,为了保证材料的最大去除率,必须研究切削参数对于稳定性的影响,也就是需要研究主轴转速、轴向切深和径向切深对切削颤振影响的三维稳定性图。     

铣削加工过程智能控制试验

在XK5140型立式数控铣床上建立了加工过程智能控制试验平台,其控制系统基于MATLAB的Simulink模型,通过编写S函数创建控制器模块。以铣削力为控制对象,对不同切深的工件采用不同的初始条件,进行铣削加工过程智能控制试验。使用该试验平台能实现铣削加工过程的智能控制,保持铣削力恒定,可防止刀具损坏,提高切削效率。     

预测铣削稳定性的隐式Adams方法

针对铣削加工过程中产生的振动现象,提出了一种隐式Adams方法（Implicit Adams method,IAM）来预测铣削加工过程的稳定性。考虑再生颤振的铣削加工动力学方程可以表示为时滞线性微分方程,将刀齿周期可分为自由振动阶段和强迫振动阶段,对强迫振动阶段进行离散,运用IAM方法构建状态传递矩阵,利用Floquet理论,判定系统的稳定性,获得系统的稳定性叶瓣图。Matlab软件仿真结果表明,IAM方法是预测铣削稳定性的一种有效方法。随着离散数的增加,IAM方法的收敛速度要快于一阶半离散法（First-order semi-discretization method,1st-SDM）和二阶全离散法（Second-order full-discretization method,2nd-FDM）,离散数较少的IAM方法能达到离散数较多的1st-SDM方法和2nd-FDM方法的局部离散误差。此外,在单自由度和双自由度动力学模型下,三种方法的稳定性叶瓣图显示,IAM方法预测铣削稳定性的预测精度均好于1st-SDM方法和2nd-FDM方法,计算效率远远高于1st-SDM方法,稍高于2nd-FDM方法。切削试验和仿真结果表明,IAM方法的预测精度和可靠度均好于1st-SDM方法和2nd-FDM方法。     

基于加工参数优化的低刚度工件铣削稳定性分析

铣削振动是低刚度工件在铣削过程中广泛存在的问题,以槽式光热发电用扭矩管为模型,通过对加工过程中的颤振原理进行分析,针对低刚度工件的铣削加工特点,在考虑铣刀和工件动态耦合特性的基础上,建立低刚度工件铣削稳定性理论模型,并绘制频域铣削稳定性图。基于叶瓣图,提出一种通过优选切削参数来控制颤振的方法,获取了避免加工颤振的理论加工参数,通过MATLAB/Simulink模块建立低刚度工件铣削加工系统的模拟仿真试验,以验证叶瓣图对于铣削参数优化的指导性。本研究可为低刚度工件铣削加工参数优化和抑制铣削颤振提供参考,对提高低刚度工件铣削加工效率和质量有重要意义。     

微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析

再生颤振是制约微铣削加工效率和加工质量的主要因素.以微铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上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,实验结果与仿真结果吻合良好,验证了建立的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型的正确性.     

淬硬钢模具型腔铣削稳定性分析

在淬硬钢模具型腔铣削加工过程中,模具型腔表面曲线曲率不断的变化会引起实际切削参数的变化,偏离程序中设定的名义参数,各刀齿铣削状态不再完全相同.针对淬硬钢模具型腔曲线铣削过程的未变形动态切削厚度,实际径向切深、刀具-工件接触区域等进行修正,并建立铣削动力学模型,运用全离散法进行铣削稳定性分析,得到铣削稳定叶瓣图;并分析模...     

变螺旋铣刀铣削稳定性实验研究

颤振是制约铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。变螺旋铣刀铣削作为一种有效的颤振控制策略,在研究铣削过程发生颤振等现象中受到广泛关注。在此基础上,提出了一种预测变螺距铣刀铣削稳定性预测模型。根据获得的稳定性叶瓣图,针对不同轴向铣削深度和主轴转速,选择了39组铣削参数组合,并进行了铣削实验。通过对实验过程中获取的铣削力信号进行FFT变换,考察了实际铣削与理论预测的吻合性。实验结果表明,该理论方法具有较好的变螺旋铣刀铣削稳定性的预测能力。     

基于MATLAB的铣削加工颤振稳定域仿真算法及实现

针对国内数控铣削加工工艺参数选择存在的问题,基于动态铣削力建模和颤振稳定域分析计算,以MATLAB为开发工具,实现了铣削加工颤振稳定域仿真算法.通过模态锤击实验获得的频响函数,仿真出了整个加工系统的颤振稳定域图形,为进行铣削加工切削参数选择和优化提供了理论依据.验证实验证实了仿真算法的有效性和准确性,仿真方法在工厂得到了实际应用并取得了良好的应用效果.     

高效干式切法盘形齿轮铣刀铣削力的研究

利用干式盘形成形齿轮铣刀在铣齿机上加工齿轮是提高齿轮加工效率有效途径。铣削力是其中的关键因素。研究了齿轮铣削中的顺铣和逆铣两种工艺方法,推导了铣削力计算公式。实验验证,计算的铣削力与实际铣削力基本吻合,该铣削力计算公式可以为铣削工艺选择提供参考。     

基于MATLAB的高速铣削加工再生型颤振的建模与仿真（英文）

针对国内高速铣削加工工艺参数选择存在的问题,基于动态铣削力建模和颤振稳定域分析计算,以MATLAB为开发工具,得到了铣削加工再生型颤振仿真算法。通过模态锤击实验获得频响函数,利用Visio Basic软件设计了圆柱立铣刀动力学仿真系统,对整个加工系统的颤振稳定域图形进行仿真,为铣削加工切削参数选择和优化提供了理论依据。实验验证了该仿真算法的有效性和准确性,并在实际应用中取得了良好的效果。     

Study on the construction mechanism of stability lobes in milling process with multiple modes

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology - The stability of milling process dominated by multiple modes was traditionally predicted in the time domain by only selecting the...     

轮槽加工中铣削力与铣削温度分布规律研究

轮槽铣刀的改进往往是推动轮槽加工技术进步的最直接动力,而轮槽铣刀不同点的切削用量不同,很难测量出刀具不同点的力和温度。基于微元思想并利用标准盘铣刀和等效方法进行了铣削试验,得到了轮槽铣刀相应型线上铣削力与铣削温度的分布曲线并关注了危险点。     

Chatter stability analysis for end milling via convolution modelling

This research discusses the methodology of developing a symbolic closed form solution that describes the dynamic stability of multiflute end milling. A solution of this nature facilitates machine tool design, machining parameter planning, process monitoring, diagnostics, and control. This study establishes a compliance feedback model that describes the dynamic behavior of regenerative chatter for multiflute tool-work interaction. The model formulates the machining dynamics based upon the interconnecting relationship of the tool geometry and the machining system compliance. The tool geometry characterises the cutting forces as a function of the process parameters and the material properties, while two independent vibratory modules, the milling tool and the workpiece, represent the machining system compliance. The compliance feedback model allows the development of a corresponding characteristic equation. By investigating the roots of the characteristic equation, this research symbolically expresses the stability of the system as a function of the cutting parameters, the tool geometry, the workpiece geometry, and the vibrational characteristics of the machine tool. Machining experimentation examining the fidelity of the regenerative chatter model is discussed. The dynamic cutting forces, cutting vibration, and surface finish of the machining process confirm the validity of the analytical prediction.Nomenclature b damping coefficient: mass-spring-damper representation - b _e equivalent damping coefficient: mass-spring-damper representation - C compliance element - CWD chip with density function - D diameter of cutter - d _a axial depth of cut - d _r radial depth of cut - average total cutting force - K _r radial specific cutting pressure constant - K _t tangential specific cutting pressure constant - k spring constant - k _e equivalent spring constant - m mass: mass-spring-damper representation - m _e equivalent mass: mass-spring-damper representation - n number of flutes on the cutter - p _x,y elemental cutting forces - P _1,2 elemental cutting force functions - R cutter radius - s Laplace variable - TS tooth sequencing function - chip thickness - t _c average chip thickness - t _x feed per tooth - helix angle - _x actual displacement of cutter tip - unit impulse function - _d damped circular frequency of vibration - damping ratio - spindle speed     

圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究

为避免在圆角铣削加工中产生颤振,建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,推导其平均方向力系数计算公式。鉴于圆角铣削时主轴转速通常远大于圆角处的进给角速度,两者的平均方向力系数近似相等。因此,经典直线铣削颤振稳定域解析模型适用于圆角铣削,前提是需要用最大径向啮合角代替名义径向啮合角进行仿真。根据铣刀与工件的啮合情况,将圆角铣削分为均匀切宽圆角铣削和非均匀圆角切宽铣削两类,并分别推导出其最大径向啮合角计算公式。在动力学建模基础上开发圆角铣削颤振稳定域仿真模块,仿真结果得到了切削试验的验证,为圆角铣削切削参数的选择提供了一条有效途径。     

Response sensitivity analysis of the dynamic milling process based on the numerical integration method

As one of the bases of gradient-based optimization algorithms, sensitivity analysis is usually required to calculate the derivatives of the system response with respect to the machining parameters. The most widely used approaches for sensitivity analysis are based on time-consuming numerical methods, such as finite difference methods. This paper presents a semi-analytical method for calculation of the sensitivity of the stability boundary in milling. After transforming the delay-differential equation with time-periodic coefficients governing the dynamic milling process into the integral form, the Floquet transition matrix is constructed by using the numerical integration method. Then, the analytical expressions of derivatives of the Floquet transition matrix with respect to the machining parameters are obtained. Thereafter, the classical analytical expression of the sensitivity of matrix eigenvalues is employed to calculate the sensitivity of the stability lobe diagram. The two-degree-of-freedom milling example illustrates the accuracy and efficiency of the proposed method. Compared with the existing methods, the unique merit of the proposed method is that it can be used for analytically computing the sensitivity of the stability boundary in milling, without employing any finite difference methods. Therefore, the high accuracy and high efficiency are both achieved. The proposed method can serve as an effective tool for machining parameter optimization and uncertainty analysis in high-speed milling.