基于残留高度设计的模具加工用新型圆角端铣刀

针对工厂实际加工编程时用常规圆角端铣刀进行大切深加工造成的加工后表面残留高度大且不均,在初次荒加工后需要建立残留模型进行二次荒加工的情况,对常规圆角端铣刀的R角刃形进行优化设计,设计出一种有效降低被加工工件表面残留高度的大切深高效铣削刀具。建立该新型圆角端铣刀以及常规圆角端铣刀的水平切削行距与表面残留高度的数学模型。模型参数分析表明,该新型圆角端铣刀具有良好的切削效果。对新型圆角端铣刀及常规圆角端铣刀的切削仿真表明,前者的加工效率最高可提高2.4倍。对设计的刀具进行磨制,实际加工实验表明,相比于常规圆角端铣刀,应用该新型圆角端铣刀可降低表面残留高度1.96倍。     

基于定向距离理论的五轴加工刀具轨迹规划算法

针对环形刀五轴加工自由曲面的残留误差问题,在传统等残留高度算法的基础上,提出了一种基于定向距离理论的等最大残留高度刀具轨迹规划算法。首先根据微分几何理论计算已知刀触点的初始侧向行距,并在侧向行距方向进行偏置得到相邻刀触点;然后以基于定向距离理论的残高误差计算模型对相邻刀触点间的实际残高值进行计算;最后通过迭代计算规划出等最大残留高度的相邻刀具轨迹。如此循环,从而获得整个曲面的刀具轨迹。实验结果表明,相对于商用软件MasterCAM9.0,该算法在充分保证曲面加工质量的同时最大限度地减小了刀具轨迹的总长度,从而提高了加工效率。     

环形刀宽行加工圆弧过渡区域算法的研究

基于广域曲率吻合原则,研究了利用环形刀侧铣加工组合曲面圆弧过渡区域的新方法。首先建立环形刀的几何模型,通过调整刀具姿态角,使刀具表面和工件表面在不发生干涉的条件下实现密切接触。通过迭代判断使下行刀轨的驱动线和当前刀轨在精度范围内搭接,实现刀轨的合理编排。最后,以某航空发动机叶片为例计算了刀轨。结果表明,该算法能够精确地加工出圆弧过渡曲面,刀轨之间的没有明显的残高,加工效率较球头刀提高了5倍。     

复杂曲面环形刀五轴端铣加工的刀具轨迹规划方法

为了降低复杂曲面类零部件加工的刀具路径,减小刀具路径条数,提高加工效率,提出了一种新的复杂曲面环形刀五轴端铣加工刀具轨迹优化方法。在局部可铣性基础上对刀轴矢量角进行自适应优化,采用新型加工带宽计算方法——等残留高度算法,给出了等残留高度算法的刀具轨迹生成具体步骤。仿真结果表明:与传统等残留高速算法相比,刀具轨迹优化算法的刀具路径更短、条数更少,能够有效提高复杂曲面加工效率。     

基于广域空间的自由曲面宽行加工方法

为提高自由曲面环形刀五轴精加工的效率,在广域空间中分析刀具的干涉误差,对曲面宽行加工的刀具方位优化方法进行研究。首先根据环形刀刀具特性,定义曲面可能干涉的区域为广域空间,然后将广域空间离散点集变换至刀具坐标系中,计算刀具刀刃曲面的干涉误差,从而构建刀具的实际切削轮廓,并在此基础上精确计算有效的加工带宽。最后,通过建立刀具方位与加工带宽的函数关系,以加工带宽最大化为目标,实现环形刀五轴宽行加工刀具方位的自动优化。算例及试验表明,在相同的残留高度要求下,广域空间方法较之现有的二阶泰勒逼近方法,切触点轨迹长度减少了15.74%,说明基于广域空间的刀轴优化方法是实现自由曲面宽行加工的有效途径。     

球头刀铣削零件表面扇形残留研究

采用球头刀加工时,会在行距方向上产生行间残留,在进给方向的行间残留上产生扇形残留。为了提高工件表面加工质量,以加工平面为例建立了球头刀加工模型及零件表面扇形残留模型,研究了每齿进给量、切削刃数、刀具半径和刀具螺旋角等参数对扇形残留的影响。使用MATLAB软件进行了仿真计算,得出每齿进给量和切削刃螺旋角的增大会使扇形残留面积增大,刀具半径和切削刃数增加会使扇形残留面积减小。切削试验及测量试验结果较好地匹配了仿真结果,证明了球头刀铣削零件表面扇形残留模型的可行性。最后提出了控制扇形残留高度的方法,为球头刀铣削加工提供了参考。     

基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系,利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹,提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制,分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上,以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带,利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正,建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明,提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。     

均匀偏置型腔加工残留区域分析

模具型腔平面铣削加工过程中,第一次加工采用两倍刀具半径均匀偏置型腔轮廓得到粗加工刀轨,然后对加工后残留区域进行分析,在不换刀的情况下先对刀轨之间的残留区域进行补加工,再换半径较小的刀具对轮廓边界拐角和轮廓与岛屿之间残留区域进行加工,生成加工刀轨。该方法大大提高了加工效率。     

硬质合金切槽车刀表面织构设计及性能分析

为了改善高温合金GH4169环槽车削加工难度大、刀具磨损严重问题,运用摩擦学理论对切槽车刀前刀面表面进行织构改性。设计三种前刀面织构结构切槽车刀,运用数值计算手段建立GH4169环槽车削加工模型,通过数值计算得到加工过程中刀具温度、磨损速率、加工消耗功率等值。织构型刀具与传统无织构刀具的对比结果表明,表面织构改性能够改善刀具性能与切削加工性能,其中以微沟槽(groove)形式织构效果最优。     

复杂曲面五坐标数控铣削表面粗糙度预测的关键技术研究

针对CAD/CAM复杂曲面数控加工刀位点曲率与走刀行距关系进行分析,给出了不同刀具路径下走刀行距的计算方法,并且对影响表面粗糙度的因素进行了讨论,该方法可用于对表面粗糙度的一个范围进行预测.并提出一种基于主曲率匹配的等残留高度刀具路径规划改进算法,该方法能够提高加工效率,改善加工表面粗糙度.