高液静压无心磨床磨削过程再生颤振的稳定性分析

为了避免高液静压无心磨床在磨削工件时发生颤振,从而提高工件的加工精度和磨削效率,提出了从再生型颤振机理出发,建立高液静压无心磨床磨削过程再生颤振动力学模型,制取无心磨削稳定性叶瓣图,选取适当加工工艺参数的方法。首先,应用再生颤振理论研究高液静压无心磨床磨削过程,进而建立了考虑工件和砂轮再生颤振的动力学模型,并在磨削力模型中利用时间延时来表示再生效应,通过对动力学模型进行求解,得到高液静压无心磨床磨削过程稳定性叶瓣图,并将稳定性叶瓣图划分为符合切入式无心磨削的4个区域,为工艺人员选取磨削工艺参数避免颤振提供了理论依据。     

基于随机SLD法的车削颤振可靠性研究

针对车削加工颤振预测问题,研究了车削加工系统结构动态特性参数具有随机特性的情况下颤振可靠性建模及求解问题。建立了单自由度车削加工系统动力学理论模型,提出了车削加工颤振系统的随机SLD可靠性模型,采用蒙特卡洛方法进行了可靠度求解。对一台CJ0625车床进行频响函数测试,给出了具有随机参数的车削加工系统频率响应函数和颤振稳定性叶瓣图(SLD)。对设定的16组转速、切宽加工参数进行颤振可靠度计算,其结果与确定性SLD方法分析结果进行比较。     

基于Simulink仿真的凸轮轴高速磨削稳定性判定

以凸轮轴高速磨削工艺系统稳定性为研究对象,建立磨削系统的凸轮轴-砂轮-支撑系统动力学模型。通过理论分析与数值计算来辨识磨削力的动态影响因素——凸轮轮廓曲率半径和瞬时磨削深度。基于所建立的磨削动力学模型搭建Matlab/Simulink颤振仿真模型,并从稳定性叶瓣图中选取相应的磨削工艺参数组合进行数值仿真分析,将仿真振动位移时域图所得的稳定性结论与稳定性叶瓣图的磨削稳定区域进行比较,验证了建立的磨削动力学模型和数值仿真方法的有效性。      

外圆车削TC4钛合金颤振稳定性极限预测

外圆车削加工TC4钛合金过程中,再生型颤振会在工件表面留下不规则的振纹,严重影响了钛合金的表面加工质量。考虑外圆车削动力学参数的影响,建立了外圆车削TC4钛合金再生型颤振动力学模型。在KDN数控车床上进行动力学参数识别试验,将试验结果代入所建模型解析解中,利用MATLAB软件绘制外圆车削稳定性叶瓣图并得到外圆车削加工TC4钛合金的极限切削深度为0.553 2 mm。进行外圆车削试验,对试验结果进行时域分析以及粗糙度分析。试验结果表明:当切削深度小于0.553 2 mm时,无论转速取何值,车削都相对稳定;当切削深度大于0.553 2 mm,但与转速构成的点位于叶瓣图曲线下方时,其振幅平均值、粗糙度较小,与前者相差不大,车削稳定;当切削深度与转速构成的点位于叶瓣图曲线上方时,与叶瓣图曲线下方相同转速的点对比,其振幅平均值增大了1倍左右,粗糙度值增大了31%左右,车削不稳定。试验分析结果验证了所绘稳定性叶瓣图的可靠性,对实际加工具有一定的指导意义。     

新型陶瓷托辊专用磨床磨削颤振稳定性分析

为了避免陶瓷托辊专用磨床在加工过程中产生颤振而降低磨削质量,根据陶瓷托辊磨削加工机制,建立了陶瓷托辊磨削加工过程数学模型,通过MATLAB计算分析得出磨削深度与主轴转速的稳定性叶瓣图,确定了陶瓷托辊磨床在磨削深度低于4 mm时可无颤振稳定磨削。研究结果为陶瓷托辊专用磨床稳定磨削加工提供了参考。     

变螺旋铣刀结构设计与优化对铣削稳定性的影响

颤振是限制铣削生产率和影响工件加工质量的重要因素之一,稳定性图表和变螺旋铣刀结构设计是目前常用的抑制铣削颤振的方法。结合铣削过程中的稳定性极限三维叶瓣图对变螺旋铣刀结构进行设计优化,进而得到变螺旋铣刀最优螺旋角变量和齿距角变量。首先建立变螺旋铣刀铣削过程的动力学模型,结合仿真分析获得颤振稳定性三维叶瓣图,得到最大稳定性切削深度对应的最优螺旋角变量和齿距角变量值分别为1°和8.1°。实验结果可知,相较于常规结构铣刀,优化得到的变螺旋铣刀能够显著提高铣削稳定性极限、提高表面质量,为抑制铣削过程中颤振的变螺旋铣刀结构设计提供了理论基础。     

基于稳定域仿真的切削稳定性预测研究

文章基于稳定域仿真建立稳定性预测系统。首先根据切削稳定性颤振机理及切削稳定域仿真技术研究影响切削稳定性的因素,并对稳定性叶瓣图进行优化。然后在此基础上建立切削加工稳定性预测系统。最后通过实例说明稳定性叶瓣图的用途,为切削加工工艺人员提供合理的参数选择依据。     

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。     

考虑过程阻尼的铣削稳定性分析

针对由刀具后刀面与工件加工表面干涉引起的过程阻尼,提出了动态铣削模型和稳定性临界条件。在传统的铣削动力学基础上,建立了考虑过程阻尼的铣削动力学模型。基于新的动力学模型,研究了过程阻尼对稳定性叶瓣图精度的影响。对比考虑过程阻尼影响前后的铣削稳定性叶瓣图发现,考虑过程阻尼影响可显著提高低速区的稳定性极限值。为了验证所提出的铣削动力学模型的正确性,通过铣削实验对仿真结果进行了验证。     

超声珩磨颤振单颗磨粒动力学模型的研究

颤振是影响磨削加工稳定性及加工质量的重要因素之一,对于超声珩磨稳定性的研究主要通过动力学模型.在提出对超声珩磨单颗磨粒的基本假设和分析再生型颤振产生机理的基础上,建立了超声珩磨颤振单颗磨粒三维多自由度非线性动力学模型,并简化了轴向和径向超声振动单颗磨粒的动力学模型及其方程,为进一步探求有效的抑振、消振方法提供了依据.     

薄壁筒车削颤振稳定性预测

切削颤振是制约薄壁筒工件加工质量和效率的主要因素之一。采用半离散法对含有时滞项的动力学方程进行稳定性预测分析,结合薄壁筒工件切削振动试验,研究刀具、工件动力学参数匹配关系变化对切削加工稳定性的影响。通过仿真分析得出:随着刀具刚度或固有频率的提升,切削系统稳定性呈上升趋势,但过度提升刀具刚度并不会有效提升切削稳定性;在刀具与工件固有频率接近处,切削系统的稳定性较差;适当调整刀具动态特性参数有利于提高柔性工件切削加工的稳定性;切削过程中,时变的切削位置和工件尺寸会引起切削系统动态特性的变化。根据时变稳定性预测图,从稳定性分析角度解释了一次走刀切削试验中薄壁筒工件表面出现不同加工形貌的原因。     

预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响研究

目的基于应力刚化效应,通过施加预应力来调节颤振强度,进而研究预应力条件下系统颤振对磨削工件表面形貌的影响规律。方法选用45钢作为研究对象,首先建立两自由度磨削系统动力学模型,采用时域与频域相结合的方式来获得磨削系统的动力学特性。然后运用Johnson变换获得砂轮表面磨粒的非高斯分布,基于磨粒的运动轨迹和磨削系统的动态特性,建立多因素耦合型工件表面形貌的数学模型,进而获得考虑颤振因素的工件表面几何形貌。结果预应力条件下,磨削工件表面轮廓高度在1.1～1.7μm范围内波动,工件表面的平均轮廓高度沿着砂轮的进给方向呈增大趋势。考虑颤振因素的轮廓高度计算结果更接近测得的工件表面平均轮廓高度,随着砂轮转速的增大和进给速度的减小,工件表面的平均轮廓度降低。结论通过对比实验与仿真条件下工件表面轮廓的高度值,发现预应力条件下系统颤振导致工件表面轮廓高度分布呈现一定的不均匀性,工件表面平均轮廓高度沿着砂轮进给方向逐渐增加。同时,颤振很大程度上降低了加工工件表面微观几何精度。在实际生产中,可采用提高砂轮转速与降低砂轮进给速度的方式来减小颤振对预应力磨削工件微观表面轮廓高度的影响。     

高速铣削加工表面位置误差的频域分析

在高速铣削加工过程中,提高轴向切削深度和主轴转速可以获得较高的材料去除率,然而限制轴向切削深度提高的一个因素是加工颤振.高速铣削系统动态失稳可能导致加工零件的表面几何精度偏差.分析高速铣削的表面位置误差对表征切削过程、刀具寿命估算和加工优化都起着重要作用.因此,在不考虑再生颤振影响的前提下,提出了一种数值分析和加工实验相结合的方法来研究表面位置误差.首先,构建了高速铣削加工过程模型,然后建立了动态铣削力模型,并推导了表面位置误差的分析方法.通过数值分析和铣削实验相结合,得到了高速铣削加工的稳定性叶瓣图.接下来,研究了逆铣削加工过程的表面位置误差,并详细分析了主轴转速和轴向切削位置对表面位置误差的影响规律.最后,把稳定性叶瓣和表面位置误差数据组合在同一个图里得到了高速铣削加工的综合分析图.借助综合分析图,能预测表面位置误差和优化高速铣削的工艺条件.     

高速铣削加工表面位置误差的频域分析（英文）

在高速铣削加工过程中,提高轴向切削深度和主轴转速可以获得较高的材料去除率,然而限制轴向切削深度提高的一个因素是加工颤振。高速铣削系统动态失稳可能导致加工零件的表面几何精度偏差。分析高速铣削的表面位置误差对表征切削过程、刀具寿命估算和加工优化都起着重要作用。因此,在不考虑再生颤振影响的前提下,提出了一种数值分析和加工实验相结合的方法来研究表面位置误差。首先,构建了高速铣削加工过程模型,然后建立了动态铣削力模型,并推导了表面位置误差的分析方法。通过数值分析和铣削实验相结合,得到了高速铣削加工的稳定性叶瓣图。接下来,研究了逆铣削加工过程的表面位置误差,并详细分析了主轴转速和轴向切削位置对表面位置误差的影响规律。最后,把稳定性叶瓣和表面位置误差数据组合在同一个图里得到了高速铣削加工的综合分析图。借助综合分析图,能预测表面位置误差和优化高速铣削的工艺条件。     

工程陶瓷磨削表面裂纹损伤深度模型研究

使用金刚石砂轮磨削是对陶瓷进行加工最常用的方法,但由于磨削抗力大,使被磨陶瓷零件常常会产生裂纹等表面损伤.文章基于压痕断裂力学建立陶瓷磨削表面裂纹损伤深度模型,通过针对氮化硅材料进行单行程磨削实验和表面裂纹损伤深度观测实验,确定了损伤深度模型中的参数,并对模型预测结果和实验结果进行比较,验证了陶瓷磨削表面裂纹损伤深度模型的有效性.陶瓷磨削亚表面裂纹损伤深度正比例于磨削深度和工件台速度,反比例于砂轮转速,其中磨削深度对陶瓷磨削表面裂纹损伤深度的影响最高.运用该模型,根据磨削输入参数可以预测和控制陶瓷的磨削损伤深度,从而可以优化陶瓷磨削过程,提高磨削效率、降低加工成本和降低加工损伤.     

磨削硬化深度预测

磨削硬化是利用磨削过程中产生的热、机械复合作用直接对工件进行表面淬火的新工艺。通过建立磨削温度三维分析模型和热金属效应分析,实现磨削硬化加工工件硬度的预测。基于瞬时温度分布和运动非稳定三维热传导微分方程,并考虑砂轮与工件及冷却液与工件交互作用时热传导情况和材料本身的热扩散,建立了磨削温度三维分析预测模型,结合对加工过程奥氏体相位比例的计算及珍珠岩、残余奥氏体和马氏体的转变等热冶金效应分析,得出磨削硬化加工后硬化深度,实现随加工参数变化的硬化深度分布预测。将此模型与有限元模型进行对比,并通过实验进行了验证。     

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。     

基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。      

磨削硬化表层内冶金热效应预测三维分析模型

磨削硬化是利用磨削过程中产生的热、机械复合作用直接对工件进行表面淬火的新工艺。本文通过建立磨削温度三维分析模型和冶金热效应分析,实现磨削硬化加工工件硬度的预测。基于瞬时温度分布和运动非稳定三维热传导微分方程,并考虑砂轮与工件及冷却液与工件交互作用时热传导情况和材料本身的热扩散,建立了磨削温度三维分析预测模型,结合对加工过程奥氏体相位比例的计算及珠光体、残留奥氏体和马氏体的转变等冶金热效应分析,实现磨削硬化加工后工件硬度的预测。将此模型与有限元模型进行对比,并通过试验进行了验证。     

薄壁件铣削系统动态特性及稳定性分析

颤振失稳现象是铣削过程中降低加工表面质量的一种不利因素,针对此问题采用颤振稳定性解析算法建立铣削过程的动态铣削模型,以钛合金ZTC4/42C薄壁件铣削参数作为研究对象,通过仿真绘制出转速和切削深度相关的稳定性叶瓣图;其次,分别对影响铣削稳定性的机床系统的模态因素、刀具几何参数和材料特性进行了分析,研究结果可以为钛合金薄壁件铣削加工提供理论支持。轴承接触点的刚度值与切削稳定性所需的刀尖点频响函数信息密切相关,采用有限元软件对主轴系统进行动态特性研究,借助仿真分析得到刚度与刀尖点频响函数之间的内在关系。