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。     

铣削加工过程的动态稳定性极限分析

在铣削过程中,由于系统模型的非线性和复杂性,加工过程参数很难控制.利用matlab软件,对铣削过程中主轴转速和轴向极限切削深度的关系进行了仿真,分析了系统切削参数对切削稳定性的影响.由仿真结果知,轴向极限切深随着主轴转速的增大呈现周期性变化,系统径向切削参数增大使轴向极限切深变小,增大系统阻尼使轴向极限切深增大.     

立铣削过程中的颤振稳定性分析与研究

铣削过程中的颤振会导致刀具磨损、工件表面粗糙、产量下降等问题.分析和比较了一维动态铣削数学模型,结合已获得的试验数据,根据一维理论开发出动态铣削仿真软件.该软件预测了在特定铣削条件和模态参数下的稳定性曲线.研究表明,动态铣削仿真软件的开发对于数控铣床铣削参数的给定具有重要意义,仿真计算对铣削过程中稳定性判别是一种有效的方法.     

基于稳定性分析的分层不等齿距铣刀加工参数优化

针对分层不等齿距铣刀的加工稳定性进行了研究,建立二维加工过程的动力学模型,利用改进的半离散法推导分层不等齿距铣刀稳定叶瓣图绘制的公式。根据刀具齿空间分布与动态特性,求解获得加工稳定性叶瓣图。通过稳定性叶瓣图确定最优加工参数,并试验验证了最佳加工参数的正确性。     

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。     

铣削加工过程中的材料去除率计算

从切削几何、微元切削机理和刀齿轨迹计算理论角度推导了铣削力的几何理论解、近似积分解、精确积分解和简易计算四种方法。数值计算表明,当进给速度很小时,四种方法计算值近似相等,简易计算公式形式简单,可用于铣削面积和材料去除率的计算。当进给速度较大时,采用简易计算法(或几何理论解、近似积分解)的计算值会产生较大误差。     

垂直平面内二维超声振动铣削系统稳定性研究

为研究垂直平面内二维超声振动铣削系统的稳定性,建立了垂直平面内二维超声振动铣削稳定性模型,采用全离散法对二维超声振动铣削稳定性进行了研究,利用Matlab软件进行了数值仿真,获得了系统的稳定性叶瓣图。铣削钛合金材料颤振实验结果表明,主轴转速在1 000~3 500r/min范围内,数值仿真结果与实验结果吻合较好,验证了垂直平面内二维超声振动铣削稳定性模型的正确性。在垂直平面内施加二维超声振动能提高系统的稳定性,轴向切深极限最大提高了约13.6%。     

薄壁零件的高速铣削稳定性研究

薄壁结构零件在加工过程中极易发生变形和切削振动,这对提高加工质量和加工效率十分不利.在考虑刀具和工件两个方向自由度的基础上,分析了薄壁零件的动态铣削模型.针对2A12铝合金薄壁结构零件,利用MIKRON UCPDUR0800 高速加工中心和相关仪器、软件,通过铣削力辨识实验和模态实验,进行了高速铣削薄壁零件的稳定域分析和实验验证.     

基于复化Cotes积分和神经网络的稳定铣削工艺参数多目标优化方法

铣削过程再生颤振严重影响工件表面质量和生产效率,准确高效地识别铣削颤振稳定域并合理选择工艺参数是抑制颤振、提高生产效率的关键步骤。当前对考虑稳定性约束下的多目标铣削工艺参数优化研究仍然缺乏系统且完整的解决方案。为此,基于复化Cotes积分和神经网络并结合NSGA-Ⅱ遗传算法建立一种稳定铣削工艺参数多目标优化方法。其中基于复化Cotes积分法提出了一种新的铣削稳定域预测方法来获得二维稳定性叶瓣图(Stability lobe diagram,SLD),收敛性分析表明新方法具有更快的收敛速度。考虑径向切深不确定性得到由离散三维SLD曲面构建的铣削稳定域神经网络预测模型。最后,分别以材料去除率、刀具寿命作为效率、成本目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法建立稳定铣削工艺参数的优化模型。与经验方法对比显示,优化后的铣削方案可以提高8.4%的材料去除率和16.3%的刀具寿命。结果表明不仅可以通过更加准确地判断铣削稳定性来保证加工质量,而且能够为高效率低成本的铣削确定工艺参数提供科学理论指导。     

铣削加工过程的智能多目标优化方法

采用神经网络和专家系统的方法,实现带宽容分层约束的铣削加工过程多目标优化,利用Ｂｏｌｔｚ－ｍａｎｎ机神经网络求妥各层次的多目标优化问题,利用专家系统控制进程。通过实例证明了系统优化求解的有效性。     

插铣过程中稳定域研究现状

切削系统稳定性是插铣技术加工领域中的重要研究内容,插铣切削加工中很多优点的体现必须以无振动稳定切削的实现为前提。稳定域预测的准确与否直接关系到能否有效抑制切削颤振,而切削颤振直接影响工件的表面粗糙度和尺寸精度,刀具磨损和破损以及加工效率等。本文通过求解稳定域的一般步骤,综述稳定域研究现状。通过列举稳定性边界的判别的不同算法,分析和对比各种算法的优缺点,并总结插铣切削过程中稳定性研究存在的问题。     

基于铣削力仿真的稳定域叶瓣图构建

颤振稳定域分析的叶瓣图构建为铣削过程中参数优化的基础,但对于实际加工来说,铣削力不易通过测试获取。针对此问题,展开了基于铣削力仿真的叶瓣图构建方法研究。首先,通过有限元仿真模拟实际铣削过程,得到铣削力大小以及铣削力系数;其次,通过模态试验获取主轴-刀具系统的模态参数,再以铣削系数和模态参数为基础,构建铣削稳定性叶瓣图;最后,结合实际铣削加工的试验测试验证了叶瓣图的正确性。本研究可为优化切削参数、抑制实际铣削过程中颤振的产生提供参考,不仅可以提高工件的加工效率,也增强了系统的稳定性。     

Modeling and Analytical Solution of Chatter Stability for T-slot Milling

T-slot milling is one of the most common milling processes in industry. Despite recent advances in machining technology, productivity of T-slot milling is usually limited due to the process limitations such as high cutting forces and stability. If cutting conditions are not selected properly the process may result in the poor surface finish of the workpiece and the potential damage to the machine tool. Currently, the predication of chatter stability and determination of optimal cutting conditions based on the modeling of T-slot milling process is an effective way to improve the material removal rate(MRR) of a T-slot milling operation. Based on the geometrical model of the T-slot cutter, the dynamic cutting force model was presented in which the average directional cutting force coefficients were obtained by means of numerical approach, and leads to an analytical determination of stability lobes diagram(SLD) on the axial depth of cut. A new kind of SLD on the radial depth of cut was also created to satisfy the special requirement of T-slot milling. Thereafter, a dynamic simulation model of T-slot milling was implemented using Matlab software. In order to verify the effectiveness of the approach, the transfer functions of a typical cutting system in a vertical CNC machining center were measured in both feed and normal directions by an instrumented hammer and accelerators. Dynamic simulations were conducted to obtain the predicated SLD under specified cutting conditions with both the proposed model and CutPro?. Meanwhile, a set of cutting trials were conducted to reveal whether the cutting process under specified cutting conditions is stable or not. Both the simulation comparison and experimental verification demonstrated that the satisfactory coincidence between the simulated, the predicted and the experimental results. The chatter-free T-slot milling with higher MRR can be achieved under the cutting conditions determined according to the SLD simulation.     

基于阻尼减振器的铣削过程稳定性研究

针对薄壁件铣削加工中出现的颤振现象采用外置式阻尼减振器。该减振器与刀杆过盈配合联接为一体,铣削过程中可以吸收刀杆受到的振动,通过安装阻尼减振器和未安装阻尼减振器两个铣削对比试验,以阻尼材料、阻尼减振器安装位置为变量,探究该阻尼减振器对铣削抑振和加工稳定性的影响程度及变化规律。试验结果表明,安装该阻尼减振器后系统铣削稳定性得到提高,切削深度平均提高2.5倍。     

立铣刀用弹簧夹头的夹持稳定性分析

对直柄立铣刀切削时的受力、变形及影响夹持稳定性的因素进行了分析，阐述了立铣刀夹持不稳对铣削质量的影响，提出了保证立铣刀夹持稳定性的措施。     

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。     

基于变齿距铣刀的铣削稳定性试验

为研究铣削过程中的颤振现象,以变齿距铣刀铣削作为颤振的控制策略,进行铣削稳定性的试验。根据获得的稳定性叶瓣图,选择多组铣削参数组合进行铣削试验。通过对试验过程中获取的铣削力信号进行FFT变换,考察实际铣削与理论预测的吻合性。试验结果表明,该方法具有较好的变齿距铣刀铣削稳定性预测能力。     

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。