航空薄壁件与铣刀的加工变形误差补偿研究

基于三维铣削力数学模型,应用实验对铣削力系数进行辨识.以刀具和工件的加工变形为研究对象,仿真出刀具与工件的变形量,并绘制不同约束下的工件变形曲线.通过对曲线的分析,求出加工过程中刀具与工件变形对精度变化影响的因素和规律.提出一种基于有限元加工变形的计算误差补偿方案,实现铣削参数的优化,提高铣削加工精度.     

航空薄壁框类零件铣削加工表面质量研究

刀具-薄壁深腔框类零件是一个弱刚性系统,在铣削力作用下,刀具及框类零件的薄壁结构发生挠曲,出现欠切与过切,从而使加工厚度产生偏差,严重影响工件加工精度和表面质量.首先介绍铣削力的计算方法,在此基础上研究刀具弯曲、壁板挠曲对加工表面质量的影响.采用有限元法依次计算任意加工点处刀具及壁板的刚度,推导铣削薄壁框类零件时厚度偏差的计算,提出极限铣削力概念.通过数值算例,研究减小加工偏差的方法,提高航空薄壁零件加工精度.     

轴瓦定位唇专用铣床铣削杆振动特性分析

针对轴瓦定位唇专用铣床铣削杆在工作过程中产生振动的问题,基于刀具铣削理论与罚函数算法,采用有限元建模方法对铣刀杆工作状况合理简化并施加合理约束,建立了铣刀杆的有限元模型并进行模态分析,模态分析得到的铣削杆前5阶固有频率与实验方法获得的数据在误差允许范围内.通过对铣削杆前5阶模态的分析,发现铣削主轴两端采用轴承支撑,铣削过程中变形小,而铣削杆为悬壁梁支撑,在二、三阶固有频率下发生大变形,对轴瓦定位唇铣削精确度影响较大.     

航空铝合金高速铣削加工的有限元模拟

研究了铣削加工模拟所涉及的切削层的等效简化、工件材料的流动应力模型、刀屑接触面的摩擦模型和热传导控制方程等关键技术，并针对铣削加工的特点，建立了铣削加工模拟的有限元模型，基于此模型对高速铣削加工航空铝合金7050 T7451的切削力、应力和温度进行了有限元模拟.通过铣削力实验测得了同样切削条件下的铣削力值，其值与数值模拟结果比较吻合，证明了所建有限元模型的正确性，从而也表明了采用此模型进行的应力和温度的模拟结果是可信的.铣削加工有限元模拟研究为铝合金切削加工的工艺参数优化、刀具的优选和工艺规划奠定了基础.     

基于球头铣刀刀具姿态的铣削稳定性影响机理分析

铣削颤振不仅会导致加工零件表面产生振纹，降低加工零件的表面质量，而且会加剧刀具的磨损和降低机床的寿命.针对加工过程中球头铣刀的刀具姿态对颤振的影响，构建刀具姿态影响下的铣削动力学模型，运用三阶牛顿-埃尔米特插值全离散法对铣削动力学模型进行求解，得到系统状态转移矩阵.用Floquet理论判断铣刀在不同刀具姿态下的铣削稳定性，构建球头铣刀的刀具姿态稳定性预测图.试验确定水平向上走刀方式稳定性最好，工件表面粗糙度最低，验证了稳定性预测图的有效性.     

基于物理学的铣削过程仿真关键技术

为了预测零件加工变形，基于铣削加工有限元理论，构建了基于物理学的铣削加工过程仿真环境，研究了刀位轨迹离散、材料去除、网格自适应生成及动态网格数据维护等关键技术的处理.针对刀具的每次进给运动，系统自动检测刀具和工件毛坯网格相交的区域，通过网格自适应求精、粗化和删除以及有限元分析计算，模拟真实的铣削加工过程.该仿真环境可综合考虑加工参数、刀具路径等因素对零件加工变形的影响，优化加工工艺，保证加工精度.     

基于实际切深的薄壁件加工变形误差的预测

在切削力作用下,刀具/工件的变形是影响薄壁件加工精度与质量的关键因素,而控制最大变形在允许误差范围之内,是表面误差预测的最终目的。以立铣加工为对象,提出了一种根据实际径向切深预测薄壁件加工表面最大变形误差的高效计算方法。在切削力分类的基础上通过定义切削力分析指标,考虑刀具/工件系统的变形,通过集中力作用位置的计算及实际切深的修正,得到了基于切削力曲线形状特征的实际切深的计算方法,并应用于薄壁件最大变形的预测中。以典型航空铝合金材料为对象,通过合理安排实验,并与数值计算结果对比,验证了最大变形误差算法的正确性及有效性。该方法基于切削力信号,不必进行有限元计算,效率高,可用于切削过程在线监控系统中,进行加工超差在线预测和控制。     

基于次摆线轨迹的铝合金高速铣削有限元仿真

为了避免用圆弧线来描述铣刀刀尖运动轨迹带来的误差,更精确地实现铣削加工过程的模拟,在构造铣削加工有限元模型的过程中引入刀齿运动的真实轨迹即摆线,并同时实现刀具的旋转运动和进给运动.研究了在刀具旋转一圈即360°的过程中,铣削力、切削温度以及有效应力的变化规律和分布情况.将有限元模拟值与经验公式以及铝合金7050高速铣削实验进行了对比,验证结果是比较一致的,说明了在数值模拟过程中建立的有限元模型是正确的.     

内孔拉削动态负载计算模型

针对圆孔拉削负载计算误差大、负载动特性预测精度低的问题,综合考虑圆孔的圆弧效应、刀齿的刮削效应以及刀齿与工件接触的周期特性,建立计算和预测拉削负载模型.基于Johnson-Cook模型,对每个刀齿的切削剖面进行详细划分,计算圆弧效应对拉削负载的影响.针对刀具与工件的接触状态,考虑拉削过程中每个刀齿切削与刮削占比不同的效应,进一步优化拉削负载计算模型.考虑刀具与工件接触过程中刀齿数周期变化的特性,将拉削过程分成3个阶段(工件与刀齿接触初期、工件与刀齿完全接触时期以及工件与刀齿脱离时期).仿真和试验结果表明,所建立的拉削负载计算模型能够准确描述拉削负载动特性,平均计算误差小于13%.     

铝合金三维铣削加工的有限元模拟与分析

针对铝合金材料7050T7451的铣削加工，将刀具视为刚体，前刀面和切屑间的摩擦定义为材料流应
力的函数，采用商业有限元软件DEFORM3D，建立了能够反应实际铣削状态的三维铣削模型.利用该模型模
拟了切屑的形成过程，获得了与实际切屑相似的屑形.通过分析铣削过程中的三维铣削力的变化，揭示了
刀 屑的接触长度.对应力、应变和切削温度分布的分析表明，应力主要集中在第一剪切区，而应变和温
度的最大值在刀 屑接触面上.     

航空机匣零件加工变形量预测与控制

航空机匣类零件通常由航空难加工材料制成,壁薄、刚性差、难加工,极易发生切削变形。因 此,以航空薄壁机匣零件为研究对象,基于切削加工力学建模,采用有限元分析方法,实现了对航空薄壁机 匣零件车削加工变形量的预测。在此基础上,采用加工变形量主动补偿方法,通过对每次走刀的切削深度进 行补偿以减少加工变形量。有限元仿真与切削试验结果均显示,采用该方法可以大大减少加工变形误差并使 其分布更加均匀,可有效地控制切削加工变形量。     

Machining Deformation Prediction of Thin-Walled Part Based on Finite Element Analysis

For the problems of machining distortion and the low accepted product during milling process of aluminum alloy thin-walled part, this paper starts from the analysis of initial stress state in material preparation process, the change process of residual stress within aluminum alloy pre-stretching plate is researched, and the distribution law of residual stress is indirectly obtained by delamination measurement methods, so the effect of internal residual stress on machining distortion is considered before finite element simulation.Considering the coupling effects of residual stress, dynamic milling force and clamping force on machining distortion, a three-dimensional dynamic finite element simulation model is established, and the whole cutting process is simulated from the blank material to finished product, a novel prediction method is proposed, which can availably predict the machining distortion accurately. The machining distortion state of the thin-walled part is achieved at different processing steps, the machining distortion of the thin-walled part is detected with three coordinate measuring machine tools, show that the simulation results are in good agreement with experimental data.     

航空铝合金高速铣削加工的三维数值模拟

针对当前高速切削加工中模拟直角和斜角的有限元模型将变厚度切削层、螺旋形刀刃分别简化为等厚度切削层和直线形刀刃的不足,采用更接近实际的三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型,对航空铝合金7050 T7451进行了高速铣削加工数值模拟,得到了铣削过程的切削力、切削温度及切屑形状.通过高速铣削实验测得了切削力,在相同的切削条件下模拟结果与实验结果比较吻合,切削温度及切屑形状也与实际相符.研究表明,三维螺旋齿铣刀模型和变厚度切削层模型可以准确模拟高速铣削加工过程,能够进一步用于研究切削参数与切削力、切削热之间的关系,进行切削参数及刀具寿命优化.     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.     

钛合金正交切削过程数值模拟

为了研究刀具磨损、加工表面残余应力分布,优化高速切削参数,基于切削条件下材料屈服流动特性、刀具-切屑界面接触摩擦行为以及单元网格划分,建立切削加工过程的有限元仿真模型.通过此模型模拟了钛合金连续状和锯齿状切屑的形成过程.以观察实际切屑形态,验证了该模型的有效性.     

大直径菲涅尔透镜模具加工机理

针对大直径菲涅尔透镜模具的加工难题,基于有限元仿真软件ABAQUS和模态实验方法对大直径菲涅尔透镜模具切削过程加工机理进行分析.介绍了菲涅尔透镜设计及模具加工原理,结合材料本构关系、材料失效准则等,建立正交切削二维模型,得到仿真切屑,与模态实验得到的切屑进行对比,验证了仿真切削模型的可行性.研究了切削速度、进给速度对切屑形成过程的影响.研究结果表明:在H62黄铜模具加工过程中,材料强度和塑脆性对切屑形态产生重要影响,随着变形速度的提高,材料强度提高,材料塑性降低,切屑的演化过程依次分为带状切屑、锯齿切屑、单元切屑.     

龙门加工中心整机动静态分析及结构优化

以SolidWorks三维建模软件与ANSYS Workbench有限元分析软件为平台,建立龙门加工中心整机动静态分析模型,由分析得到整机在只受重力、以及重力与切削力同时作用这两种工况下的位移量数据及其相对变化量,得出整机的结构刚性及固有频率值,并综合分析结果提出滑枕及横梁的结构优化方案,通过结构改进减小整机变形量,提高整机加工精度,为加工时的误差补偿提供了理论依据.     

应用虚拟制造技术开发五轴加工中心

为了满足机床的高精度、高刚度、高速度和复杂运动的要求,用三维CAD建立整机数字模型,对在设计阶段采用虚拟现实制造技术开发五轴加工中心新产品进行了研究。在虚拟模型上进行机床运动分析和机械干涉检查,采用有限元方法做动力学仿真分析,温度变化和热变形误差分析,以及加工和装配工艺分析等。在虚拟样机上的研究结果被用来在设计过程中改进机床。     

Optimization of material removal strategy in milling of thin-walled parts

The optimal material removal strategy can improve a geometric accuracy and surface quality of thin-walled parts such as turbine blades and blisks in high-speed ball end milling.The dominant conception in the material removal represents the persistence of the workpiece cutting stiffness in operation to advance the machining accuracy and machining efficiency.On the basis of theoretical models of cutting stiffness and deformation,finite element method (FEM) is applied to calculate the virtual displacements of the thin-walled part under given virtual loads at the nodes of the discrete surface.With the reference of deformation distribution of the thin-walled part,the milling material removal strategy is optimized to make the best of bracing ability of still uncut material.This material removal method is summarized as the lower stiffness region removed firstly and the higher stiffness region removed next.Analytical and experimental results show the availability,which has been verified by the blade machining test in this work,for thin-walled parts to reduce cutting deformation and meliorate machining quality.