基于FEM的三维切削力预报研究

采用大型有限元分析软件Deform3D建立了三维切削的切削力预报模型并对车削的切削力进行了预报。为了验证预报结果的准确性,进行了车削的测力实验,并将预报的结果、理论公式和传统的经验公式在相同切削条件下的计算结果与实验结果进行了对比分析。其结果表明采用有限元方法进行三维切削力的预报是可行的。     

考虑刃口半径作用时切削力的预报

切削力的理论计算及其准确预报是金属切削领域和刀具设计的重要课题之一。本文给出了考虑刃口半径作用的切削模型 ,分析了临界切削厚度对切削力的影响 ,预报结果表明切削力的理论预测与实验数据相吻合     

螺旋立铣刀的动态切削力模型

以螺旋立铣刀为例,考虑切削厚度及切削宽度的变化以及切削过程中因激励而引起的动态切削位移,建立了动态切削力模型。为切削力的预报、仿真以及动态稳定性分析提供理论依据,具有理论研究及实用价值。     

难加工材料加工切削力机理研究现状

难加工材料具有强度高、强化因数高、塑性高、韧性好、导热系数低、耐磨性好等优点,切削时会出现大切削力,刀具磨损严重。对难加工材料加工切削力机理的研究现状进行了介绍,具体包括直角或斜角切削的切削力、立铣刀切削力理论预报模型。     

球头铣刀切削力模型的建立

在考虑刀具的瞬时变形和刀具变形的再生反馈对切削厚度的影响的基础上,建立了包含主轴偏心、刀具磨损、刀具振动和工件振动的球头铣刀动力学模型,并通过试验验证了所建立模型的正确性。切削力模型的建立对实现球头铣刀切削力的预报具有重要的现实意义,并为进一步提高表面加工质量奠定了基础。     

刀具磨损监测及破损模式的识别

对于金属切削过程中的刀具磨损,提出了基于隐马尔可夫模型的模式识别理论来识别刀具的不同磨损状态,从而预报刀具破损.该方法对切削过程中切削力信号的动态分量和刀柄振动信号进行快速傅里叶变换特征提取,然后利用自组织特征映射对提取的特征矢量进行预分类编码,把矢量编码作为观测序列引入到隐马尔可夫模型中进行机器学习,建立了3个不同磨损状态的隐马尔可夫模型,并利用最大概率进行模式识别.试验表明,该方法对车刀磨损过程进行识别和预报是有效的.     

基于灰色理论的高速动态铣削力在线预报研究

针对目前高速切削建模研究还存在许多不确定因素的特点,运用灰色理论建立了铣削力动态在线预报模型。通过实验验证,铣削过程中切削力预报值与实测值误差小于5%,满足工程实际应用的需求。铣削力在线预报的研究不仅实现了金属切削过程在线监控和刀具磨损的在线识别,而且为智能制造提供了一项关键技术。     

球头铣刀切削力计算机预报模型的数值仿真

借助建立的铣刀切削力、扭矩和切削功率的计算机预报模型 ,对平前刀面球头铣刀的切削性能进行了数值仿真研究 ;通过分析各种切削参数对切削性能的影响规律 ,获得了不同切削条件下球头铣刀切削力和扭矩的特征和变化趋势     

平头螺旋刃立铣刀切削力预报模型的建立与数值仿真(一)——刀具几何参数对铣削力的影响

铣削力对刀具变形、工件变形、刀具寿命、加工表面质最均有重要影响,是计算切削功率,设计和使用机床、刀具、夹具和优化加工工艺不可缺少的依据,并直接影响切削热的产生.由于缺乏精确的切削力信息,在生产车间实际加工中通常采用较保守的加工条件,致使加上效率降低和生产成本提高.因此建立可靠的切削力预报模型,在实际加工之前预测出切削力...     

高速切削铝铜合金切削力理论与试验研究

分析了高速切削的基本理论,研究了高速切削的切削力理论。建立了主切削力模型。通过高速切削铝铜合金的铣削力试验研究,得到了各切削参数对切削力的影响规律。     

Study on the cutting force of cylindrical turning with novel restricted contact tools

Analysis of cutting force is important in research and development of metal cutting process and in designing cutting tools. This paper reports the theoretical computational formulae for cutting force for cylindrical turning using novel restricted contact tools that have inconstant tool/chip restricted contact length. These formulae are based on the minimum energy principle. The results of extensive cutting tests show that the derived theoretical computational formulae can predict the cutting force, especially the main cutting force, with reasonable accuracy. The novel RC tools-type II and type III can reduce cutting force as well as the conventional RC tools-type I. In addition, they can also effectively control the direction of chip curling, and type III RC tools may have a longer tool life due to the high strength of its cutting edge and the possibility of liquid coolant approaching the cutting zone. Finite element models have been developed to study the cutting force, and the results indicate that the main cutting force can be accurately predicted, while there are some inaccuracies for the feed force and thrust force because of the simplifications adopted during modeling.     

Theoretical model for cutting force in rotary ultrasonic milling of dental zirconia ceramics

Rotary ultrasonic machining or ultrasonic vibration assisted grinding has superior performance in machining hard and brittle materials, such as dental zirconia ceramics. However, there are few reports about cutting force modeling of rotary ultrasonic milling (RUM) for dental ceramics, especially for cutting force model in feed direction. In this study, the theoretical model of cutting force both in axial direction and feed direction is proposed under the assumption that brittle fracture is the primary mechanism of material removal in RUM of dental ceramics. The effective cutting time and material removal volume have been analyzed to develop the cutting force model. Besides, the number of active abrasive particles has been calculated for the first time during the modeling. The effect of overlapping and intersection of fracture zone in peripheral direction on material removal volume has also been considered via the parameters K ₁ and K ₂. In addition, the relationships between the cutting force and input variables are revealed through the theoretical model. Finally, pilot experiments of RUM on dental zirconia ceramics are conducted to verify the theoretical model. The experimental results are consistent well with the model predictions. Therefore, the theoretical model can be applied to evaluate the cutting force in RUM of dental ceramics.     

一种新的切削刚度系数识别方法

在研究机床切削系统稳定性极限预测的过程中，切削刚度系数ke的准确识别是其中最为关键的一项工作。文中在对刀架施加振动激励，变稳态切削为动态切削的基础上．以动态切削力为研究对象，推导切削刚度系数ke的数学模型，并在切削试验中通过对动态切削力信号及其与振动位移信号相位差的测量，准确有效地识别切削刚度系数ke。试验结果表明，文中的切削刚度的识别方法可以为机床切削系统稳定性预测理论分析和试验研究提供更为准确的动力学参数。     

基于DEFORM-3D的金属锯切过程力能仿真研究

运用金属切削力学理论与方法对圆锯机锯切过程的力能参数进行理论计算,得到锯切过程的平均锯切力和平均锯切功率。基于DEFORM-3D软件建立金属锯切有限元模型,仿真得到平均锯切力值,与理论计算得到的平均锯切力误差为3.5%;实验得到圆锯机主电动机锯切过程中的平均锯切功率值,与理论计算得到的平均锯切功率误差为3.8%。力能参数理论计算、DEFORM-3D有限元仿真、实验测试数据对比,表明用DEFORM-3D有限元研究金属锯切机理是一种可行的方法,为锯切机理的研究提供了参考。     

SiC单晶片加工过程中切割力的分析与建模

SiC单晶具有优良的物理和机械性能,在微电子和光电领域得到了广泛应用,然而由于其高硬度和脆性,晶片的制造非常困难、效率低下。为提高SiC单晶片的加工质量和加工效率,分析了SiC单晶片线锯切割过程中的受力情况;从切屑变形和摩擦两个方面,建立单颗磨粒的法向和切向受力模型,进而得到线锯切割力与工艺参数及线锯物理属性的关系模型;设计了切割力的试验装置,通过不同加工参数下的试验研究,确定了关系模型中的应力系数;通过理论值与试验值的对比校验,法向力和切向力预测值的误差小于9.18%,并对误差产生原因作了分析。结果表明,该切割力理论模型可以对SiC单晶片在同等线锯切割环境下的切割力进行有效预测,为切削力的优化控制提供了理论依据。     

基于黏结-滑移摩擦模型的304不锈钢切削力仿真研究*

通过预测加工304不锈钢时产生的切削力,从而对切削参数和刀具几何参数进行优化,是提高304不锈钢的加工精度、切屑控制及保障刀具寿命的基础。建立304不锈钢切削仿真模型,为提高模型的精确性,选择Johnson-Cook本构方程和黏结-滑移摩擦模型。结果表明：采用黏结-滑移摩擦模型的切削力预测结果更为准确,表明相对于纯剪切摩擦与库仑摩擦模型,黏结-滑移摩擦模型能更准确地描述刀-屑摩擦特性。展开不同参数下的切削力研究,研究发现：切削力随着刀具前角、后角和切削速度的增大而减小,随切削刃钝圆半径和切削厚度、宽度的增大而增大,其中切削宽度、厚度及前角对切削力大小影响较大。研究结果为304不锈钢切削效率的提高和切削机制的研究提供了理论依据。     

Improved dynamic cutting force model in ball-end milling. Part I: theoretical modelling and experimental calibration

An accurate cutting force model of ball-end milling is essential for precision prediction and compensation of tool deflection that dominantly determines the dimensional accuracy of the machined surface. This paper presents an improved theoretical dynamic cutting force model for ball-end milling. The three-dimensional instantaneous cutting forces acting on a single flute of a helical ball-end mill are integrated from the differential cutting force components on sliced elements of the flute along the cutter-axis direction. The size effect of undeformed chip thickness and the influence of the effective rake angle are considered in the formulation of the differential cutting forces based on the theory of oblique cutting. A set of half immersion slot milling tests is performed with a one-tooth solid carbide helical ball-end mill for the calibration of the cutting force coefficients. The recorded dynamic cutting forces are averaged to fit the theoretical model and yield the cutting force coefficients. The measured and simulated dynamic cutting forces are compared using the experimental calibrated cutting force coefficients, and there is a reasonable agreement. A further experimental verification of the dynamic cutting force model will be presented in a follow-up paper.     

非圆车削的解析测力方法

针对最小相位及非最小相位受控系统,分别提出了相应算法,根据系统输出位置信号及输入的控制力信号,辨识出动态切削力信息。不使用测力传感器,从而消除了附加测力传感器所产生的不利因素,为深入研究数控非圆车削加工特性及动态切削力误差补偿提供了一种新手段。     

直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯切削力分析

以直刃尖刀超声辅助切割Nomex蜂窝芯的简化模型为基础,建立基于脆性断裂力学理论的超声辅助切削动态力模型,并分情况讨论了刀具与材料间的相对运动关系。分析指出在不同振幅条件下,材料的切割破坏存在断续和连续两种形式,进而推导了切割过程中的切削力的理论公式。其中超声振幅、刀具前倾角、进给速度和超声频率等参数对材料切削力大小均有影响。在理论分析的基础上,开展了超声辅助切割Nomex蜂窝芯复合材料实验。试验结果表明,进给方向的超声振幅和刀具前倾角对切削力的影响较大：当进给方向的超声振幅从0到15 μm变化、刀具前倾角从15°到45°变化时,切削力均可降低70%~80%;进给速度和超声频率对于切削力影响较小：当进给速度从500到6000 mm/min变化12倍时,切削力仅变为1.5倍;超声频率35 kHz与15 kHz相比,切削力降低10%~30%。试验结果与理论分析结论一致。