覆盖件模具曲面曲率特征对球头刀铣削力的影响

针对自由曲面模具的铣削加工,提出一种综合考虑曲面曲率、刀具前倾角和侧偏角的瞬时铣削力预报方法。基于曲面几何特征,研究了进给方向、行距方向曲率半径对刀具切削角度的影响,以及刀具前倾角和轴向切触角对未变形切屑厚度的影响;基于微分思想,将自由曲面加工中任意刀齿切削周期内的切触区进行离散,结合三维次摆线切削轨迹建立未变形切屑模型,得到适合于自由曲面三轴球头铣削的瞬态铣削力,该模型能够综合考虑曲面曲率特征变化、刀具工件切触角度变化;基于二次曲面模具模型进行铣削加工试验,试验测试结果表明,预报的铣削力和试验测量结果在幅值上和变化趋势上具有一致性,在平稳切削时最大铣削力预测误差值在12%以内,验证了该方法能有效地预报自由曲面模具的球头铣削的瞬态铣削力。     

面向铣削力控制的凸曲面拼接模具硬态铣削工艺优化

机械加工对于模具结构的要求日益复杂,导致在模具自由型面上存在大量沟槽、凸凹等结构,容易出现磨损严重、拉毛拉裂等问题。对于模具不同位置所需要的应力特征不同,多采用镶块式模件拼接后整体铣削加工。而拼接处存在铣削力的突变导致刀具磨损过快和型面精度不高问题。本文通过阐述球头刀铣削凸曲面拼接模具表面形成机理,分析了铣削过程中不同位置的刀具-工件的接触关系;并且以球头铣刀加工不同硬度的淬硬钢Cr12MoV凸曲面拼接模具试验为对象,揭示切削深度、切削速度、每齿进给量及刀具铣削方向对拼接处铣削力突变的影响规律;以铣削力突变最小为目标进行正交试验研究,得到考察指标的主次影响规律和最优参数组合。     

自由曲面等高加工铣削载荷预报

实际生产过程中球头铣刀主要用于曲面加工,但是关于球头铣刀曲面加工切削力的研究很少.本文针对曲面铣削加工中球头铣刀切削力预报的问题,通过离散近似将动态的切削过程分解为一系列进给方向和刀具与工件接触区不断变化的微小瞬态阶段,将剪切和犁切双重作用的静态球头铣刀切削力模型引入到自由曲面铣削载荷预报中,并选取一自由曲面工件进行铣...     

高效铣削淬硬钢凸曲面的铣刀性能测试方法

本文设计和加工了多硬度拼接凸曲面淬硬钢试件,以替代大型淬硬钢凸模,给出了铣削多硬度拼接凸曲面淬硬钢模具的刀具性能测试实验方案;利用该测试方案,检测出铣刀振动、磨损及加工表面形貌特征,并通过进一步增大每齿进给量测试刀具的使用寿命和安全可靠性,得到铣刀优选方法。结果表明,该方法可有效揭示和评价淬硬钢表面曲率和硬度多变对铣刀切削性能的影响,满足高效、安全稳定切削汽车内板淬硬钢凸模的要求。     

球头铣刀三维曲面加工的铣削力预报

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种考虑进给方向和刀具切触界面任意变化的铣削力预报方法。基于微分的思想,将曲面加工中单个齿频周期内的切削过程看成是切削条件恒定的微小稳态加工,进而将整个三维曲面加工视为一系列微小稳态加工的组合。根据各微小稳态加工的始、末刀位点坐标,建立进给转向角和进给倾斜角模型,刀具切触界面应用基于逻辑数组的Zmap方法确定,并修改了未变形切屑厚度模型的参数,使其适应三维曲面加工中刀具切触界面和进给方向的任意变化。分别进行凸圆弧曲面、凹圆弧曲面和自由曲面三个铣削加工试验,数值计算及试验测量结果表明,提出的方法能够很好地描述曲面加工中进给方向及刀具切触界面的变化,预报的铣削力和试验测量结果在幅值和变化趋势上都吻合良好,从而验证了该铣削力预报方法的有效性。     

一种新的螺旋刃球头铣刀铣削力模型

为提高铣削加工的安全性和生产效率，有必要在加工实际进行之前准确地预测切削过程的物理信息，如铣削力、刀具振动等。给出了球头铣刀丸线几何模型，采用理论削力分析与实验--系数识别相结合的方法建立了新的螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真，与实验测量数据吻合良好，证明离线仿真可以对铣削力做出较准确的预测。     

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。     

覆盖件模具拼接特征对球头刀铣削振动的影响

为了分析曲面拼接特征对振动的影响,建立了考虑拼接特征、曲面特征的未变形切屑厚度模型;基于曲面拼接区的未变形切屑厚度建立了考虑时滞变化的铣削动力学模型,通过数值计算综合分析了过拼接缝时冲击振动、刀具轴向位置角、拼接缝宽度对铣削振动的影响;最后基于淬硬钢曲面拼接铣削实验验证了考虑曲面拼接特征的铣削振动预测模型的准确性,并基于不同拼接特征下的铣削振动计算出了相应的加速度信号幅值和分形维数。研究结果表明:淬硬钢曲面拼接特征使铣削振动的非线性特征减弱,某一频段的振动能量集聚,据此情况可分析出不同拼接特征下的最佳加工工艺参数。     

考虑刀具磨损的数控加工误差的预测研究

将刀具磨损引起的误差通过建立的误差模型进行预测,是虚拟制造中的一项关键技术.通过分析影响刀具磨损的切削参数,针对硬表面的加工材料建立了基于相对切削时间的球头铣刀磨损模型,提出了虚拟制造环境下考虑球头铣刀磨损的复杂曲面加工误差预报方法.实验结果表明:该误差模型预报是有效的,并且为曲面加工误差预测、提高曲面加工精度和效率提供了理论依据.     

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。     

曲面铣削过程加工路径对切削力和磨损的影响研究

针对不同走刀路径下的复杂曲面加工过程进行球头铣刀铣削Cr12MoV加工复杂曲面研究,分析不同走刀路径下铣削力和刀具磨损的变化趋势。试验结果表明:通过对比分析直线铣削和曲面铣削过程中的最大未变形切屑厚度,可以得出单周期内曲面铣削的力大于直线铣削过程的力,铣削相同铣削层时环形走刀测得的切削力普遍大于往复走刀测得的切削力;以最小刀具磨损为优化目标,运用方差分析法分析得出不同走刀路径的影响刀具磨损的主次因素,同时利用残差分析方法建立球头铣刀加工复杂曲面刀具磨损预测模型,并通过试验进行验证。     

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型.以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法.加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差.对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求.误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性.     

变密度微织构球头铣刀切削性能多目标优化

为深入研究微织构排列形式对微织构理刀具的抗磨减摩机理的影响,分别从理论、仿真及试验等方面对最优的微织构排布形式进行研究。首先,建立微织构在刀具前刀面的数学模型及仿真模型。其次,通过试验验证仿真结果的准确性。仿真及试验研究均发现,变密度微织构球头铣刀的铣削性能优于均匀分布密度的微织构球头铣刀。最后,运用模糊评价法优选最优的铣削性能的微织构球头铣刀,优化结果表明,两排织构间距先为200 μm,再为150 μm,最后为175 μm的微织构球头铣刀的铣削性能最好。该项研究使刀具具有良好的抗磨减磨性,提高加工效率及被加工工件的表面质量。     

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。     

球头铣刀曲面加工的刀具切触区域解析建模

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种刀具切触区域仿真的通用解析模型。采用微分方法,将曲面加工过程离散为一系列连续的微小斜平面稳态加工。以每一小斜面切削过程为研究对象,建立描述刀具进给方向变化的数学模型,针对不同的进给方向并基于空间坐标系旋转变换,提出一组确定刀具切触边界曲线及各边界交点的解析公式,以精确界定刀具切触区域的封闭几何。通过与Z-Map模型的切触区域仿真对比,验证了本文模型的有效性及其精确高效的特点。     

基于Z-MAP方法的球头铣刀铣削力的建模

瞬时刚性切削力的建模是铣削加工物理仿真的基础,然而,球头铣刀的刀齿形状复杂,加工过程中姿态多变,瞬时刚性铣削力的建模难度较大。在考虑刀具姿态调整的情况下,通过齐次坐标变换建立了刀齿的运动轨迹,提出了一种识别刀具和工件瞬时接触区的改进Z-MAP算法,通过计算当前刀齿的参考线与工件的边界面或刀齿扫掠面的交点求出瞬时未变形切屑厚度,并采用非线性回归的方法辨识了切削力系数,在此基础上使用微元积分法建立了瞬时切削力的计算模型。为了验证仿真模型的可靠性,分别进行了垂直加工和倾斜加工试验,试验和仿真结果具有较高的一致性,表明该建模仿真方法是有效的,可以为实际加工中参数的选择和优化提供理论依据。     

大悬伸状态加工水室封头重型铣削振动分析

针对大悬伸状态下加工水室封头产生的重型铣削振动,以重型铣削水室封头现场加工实验为基础,分析重型铣削振动产生的原因,并根据现场实验对工件已加工表面形貌进行对比分析。建立重型铣削刀具偏心跳动模型、刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统刚度的模型,分析其对重型铣削瞬时切削厚度的影响,同时建立重型铣削力数学模型和铣削轨迹模型。分析重型铣削系统振动影响因素及规律,振动模型预测结果与实验结果吻合较好。该工作为进一步研究重型铣削振动特性提供依据。     

虚拟制造系统中球头铣刀的磨损预测

基于球头铣刀铣削方式及铣削参数的特点,应用微分理论基本方法提出了一种虚拟制造系统中球头铣刀磨损预测的数学模型,为提高虚拟制造系统的真实感和实时性奠定了基础;该模型预测的结果与铣削试验的测量结果基本吻合。