基于动态切削过程仿真的外圆车削稳定性判定

建立考虑工件轴向和径向两个方向刀具刃倾角和模态方向的车削颤振模型。利用试验得到的切削力系数和模态参数,获得给定机床、刀具和工件组合下的颤振稳定域曲线。建立外圆车削轴类零件的动力学模型,主要包括刀具相对工件的动态切削力和动态位移模型。提出一种借助动态切削力和刀具动态位移时域仿真,以及相邻两转的切削力和位移动态成分映射截面来综合判断切削过程稳定性的方法。通过切削试验验证颤振稳定域判据和动态切削过程判据的准确性。利用该方法了解稳定切削和颤振切削的信号特点和分布规律。对比颤振稳定域和动态切削仿真两种稳定性判据的有效性、优缺点和适用场合,尤其通过典型零件的切削过程仿真说明动态切削仿真方法的优点。此外,还通过对动态切削过程的变模态参数仿真,分析模态参数对切削过程稳定性的影响。     

车削Inconel 625锯齿形切屑形成对颤振影响的试验研究

为研究高温合金Inconel 625车削过程中锯齿形切屑的产生对颤振的影响,本文通过有限元软件对车削刀具、机床主轴等部件进行模态仿真,获取对应的模态频率;进行不同切削参数的车削试验,采集加速度信号并进行频域分析以获取其FFT功率谱。通过超景深显微镜观察切屑形态,并计算不同切削参数下的切屑锯齿化频率。对比仿真和试验结果发现:当切屑锯齿化频率接近于车床某部件的主振频率时,产生了较大的颤振峰值,这说明锯齿形切屑的产生会诱导切削颤振发生,对切削过程稳定性产生了不利的影响。     

复杂曲面薄壁件铣削颤振稳定性研究综述

针对复杂曲面薄壁件铣削过程中出现的颤振问题,基于再生型颤振理论,对复杂曲面薄壁件铣削颤振产生的原因进行了分析,阐述了抑制颤振发生的相关工艺优化策略和颤振稳定性分析之间的联系;在此基础上,对现阶段复杂曲面铣削稳定性分析中的频域法、时域法、试验法,以及工艺优化方法研究现状进行了综述和归纳,对现阶段国内外复杂曲面薄壁件铣削颤振的抑制方法的优缺点和适用条件进行了评价,并提出了整体式叶轮五轴加工非均匀余量工艺优化策略;通过分析影响颤振稳定性的因素,提出了今后复杂曲面薄壁件颤振抑制的研究方向。研究结果表明:相对于普通铣削颤振,复杂曲面薄壁件颤振抑制更为复杂,建立三维工艺系统稳定性模型,并考虑工件模态参数的变化,可有效抑制颤振的发生。     

磁流变液励磁固化夹持对薄壁件模态参数的影响分析

针对薄壁件加工颤振问题,以磁流变液作为相变装夹材料,研究磁流变液励磁固化夹持对薄壁件模态参数的影响。设计了一套悬臂式薄壁件磁流变液柔性夹具并进行了实验。实验测试了磁流变液的力-位移曲线;基于有限元材料库二次开发,仿真分析了磁流变液夹持下的薄壁零件模态参数变化规律;进行模态敲击实验,验证了薄壁工件模态参数变化规律。仿真与实验结果均表明,随着励磁电流增加,薄壁零件的固有频率增加,系统刚度增大,磁流变液柔性夹具励磁固化夹持效果增强。     

碳纤维薄壁圆筒车削加工工艺研究

对碳纤维复合材料薄壁圆筒车削加工工艺进行分析研究,主要从工件的加工特性、切削颤振对工件加工精度的影响进行分析,研制专用定位夹紧装置,进行切削刀具几何参数研究试验与确定,采用正交实验方法进行切削试验,确定最优切削参数组合,通过实验验证该加工工艺的可行性。解决了薄壁碳纤维圆筒加工中出现拉丝起毛、装夹变形和加工变形的关键技术难点,确定的加工工艺方法应用于生产实践中,取得了显著效果。     

PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169再生颤振仿真与试验研究

针对PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169中颤振对加工效率和质量的影响,建立一种根据切削参数有效判定切削状态的方法。首先建立了二自由度外圆车削再生颤振模型,然后利用锤击法对数控车床的刀具系统进行模态试验,测定了1阶频率、模态阻尼、模态刚度、模态质量等模态参数;设计了二自由度外圆车削再生颤振MATLAB/Simulink仿真模型,根据仿真结果预测了稳定极限切削深度和颤振的主振方向。最后利用PCBN刀具进行变切深试验。试验结果表明,仿真模型正确。     

基于过程模态的薄壁件铣削稳定性实验研究

针对复杂航空薄壁结构件数控铣削时的振动问题,对薄壁件铣削时变化模态参数对加工稳定性的影响进行了实验研究。对薄壁件铣削工艺系统的动力学模型进行了推导,建立了薄壁件铣削振幅响应与工艺系统结构参数的函数关系,利用模态实验分析不同工序状态下模态参数的演变过程,揭示了铣削过程中模态刚度和模态质量的变化对模态频率的影响规律,并依据模态频率变化规律进行了最佳主轴转速范围的初选,在此基础上通过薄壁件的状态振幅响应曲线进一步优化了主轴转速取值范围,提出了薄壁件恒转速切削和变转速的可行性切削方案,利用薄壁叶片进行了工程化验证。研究结果表明:基于模态参数结合薄壁件振幅响应曲线进行最佳主轴参数选择策略是可行的,能够为薄壁件铣削时参数的合理选择提供依据。     

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。     

基于电涡流阻尼的薄壁盘加工振动抑制

薄壁零件具有重量轻、相对强度高等优良特性,在航空航天等领域有着广泛应用;然而由于刚度小,薄壁工件在加工过程中容易发生变形和振动,导致产品难以满足尺寸精度和表面质量要求。为此,提出一种非接触式的电涡流阻尼器设计方法,旨在用于抑制加工过程中薄壁盘类工件的多模态振动。通过建立薄壁盘-电涡流阻尼器的耦合动力学模型,描述时空分布的系统惯量、刚度和阻尼;通过物理模型的模态降维和局部线性化,获得电涡流阻尼和薄壁盘振动位移的线性关系式。利用数值计算,分析电涡流在盘面分布的有效范围,揭示永磁铁的尺寸和位置对电涡流阻尼的影响规律,并提出永磁铁的优化布置方案,仿真分析薄壁盘-阻尼器的耦合动力学行为,为电涡流阻尼器的设计提供依据。最后,理论模型和仿真分析结果通过薄壁盘-阻尼器耦合的阶跃振动和车削加工试验验证;试验结果表明,电涡流阻尼器对薄壁盘振动有较好的抑制作用,在薄壁件加工减振应用中提供一种简单可行的有效方案。     

基于四阶矩法车削颤振可靠性研究*

再生颤振是影响加工质量、加速刀具磨损、刀具破坏的主要原因。以车削加工为研究对象,针对具有不确定参数的车削加工颤振预测问题,研究车削加工系统结构动态特性参数具有随机特性的情况下颤振可靠性建模及求解问题。定义车削加工过程不出现颤振的概率为颤振可靠度,建立车削加工系统可靠性模型,研究四阶矩法求解可靠度的问题,提出利用颤振可靠性叶瓣图方法进行颤振预测。通过模态试验对一车床进行频响函数测试,采用四阶矩法计算获得了颤振可靠度,并与蒙特卡洛法获得的可靠度相比较。结果表明四阶矩法计算获得的可靠度与蒙特卡洛仿真结果一致性很好,但是四阶矩法计算精度高而且计算耗时远小于蒙特卡洛法。进行颤振可靠性切削试验,通过观察振纹和分析噪声功率谱识别颤振,对典型参数进行验证,试验结果与分析结果一致。     

磨削轧辊工件系统结构分析与颤振研究

大型轧辊工件磨削颤振对提高工件磨削质量和生产效率有很大影响。为保证大型轧辊工件磨削振动稳定性,详细介绍了采用有限元方法对两种不同轧辊工件支撑结构进行的分析。根据磨削再生颤振理论分析该磨削系统的振动稳定性,通过调整轧辊工件支撑结构可有效避免磨削颤振,并对不同支撑结构的轧辊工件进行磨削试验研究。试验结果验证了采用有限元方法分析的有效性和实用性。     

薄壁零件高速铣削稳定性预测与验证

针对薄壁零件高速铣削加工系统小刚度、动态变化的频响特点和高阶动态特性,研究其无颤振稳定铣削的极限预测理论。针对薄壁结构小刚度的频响特性,建立由刀具子系统和工件子系统之间的相对动态特性决定的铣削动力学模型和无颤振稳定切削的临界条件;针对高速铣削的高转速特点,建立基于多自由度系统高阶动态特性的稳定性极限预测模型;针对薄壁结构在加工过程中其动态特性的时变性,提出通过跟踪工件在不同加工阶段的动态特性进行稳定性极限预测的方法。对典型薄壁结构进行切削试验,试验结果验证了所提出的稳定性预测模型和预测方法的有效性。     

考虑刀具和工件动态耦合特性的薄壁件铣削稳定性研究

针对薄壁零件加工过程中的颤振现象,考虑刀具和工件的动态耦合特性,建立多自由度铣削颤振模型,并针对刀具和壁板类薄壁工件进行模态实验,获取相对传递函数,采用解析法(ZO A)绘制了颤振稳定性叶瓣图。通过对比仅考虑刀具或工件的动态特性,最终得到薄壁件多自由度系统稳定性极限预测模型。该模型精确绘制了薄壁件铣削稳定性叶瓣图,对以后的生产加工提供指导。     

多硬度拼接淬硬钢铣削动力学分析

颤振是金属切削加工过程中由于刀具和工件之间相互作用所产生的一种强烈的自激振动现象,会导致切削力幅值增加且发生剧烈波动,进而降低工件表面质量和刀具使用寿命。针对此问题,基于铣削过程稳定性预测分析方法建立多硬度拼接工件的动态铣削系统,对多硬度拼接模具铣削过程稳定性进行深入研究,实现了对拼接模具铣削加工过程颤振稳定域的仿真,进而研究了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。最后通过时域分析、表面形貌和刀具磨损的研究,综合验证了稳定性预测曲线的精度。研究结果为多硬度拼接模具铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来实现金属最大切除率,为大型汽车覆盖件模具铣削加工提供理论依据及技术指导。     

细长轴振动车削表面粗糙度的研究

根据超声波振动车削加工原理,第一步通过逐点单因素试验对超声振动切削下细长轴不同位置处表面粗糙度随切削用量的变化进行了研究,确定了不同切削因素变化下细长轴表面粗糙度的极值位置;第二步通过正交试验研究了超声振动车削细长轴时切削用量对工件整体平均表面粗糙度的影响,并与普通切削进行了对比试验。试验结果表明:超声波振动车削能够显著改善细长轴加工后的表面粗糙度。同时研究了各切削用量对表面粗糙度的影响规律,并对超声振动切削参数进行优化,得出试验最佳切削参数。     

不等齿距插铣刀铣削稳定域的预测与验证

插铣加工会产生巨大的振动,影响工件的加工质量,减少振动在一定程度上能够提高工件加工质量。本文通过改变插铣刀齿距来控制振动,建立了不等齿距插铣刀的三维动力学模型,应用半离散法对其进行求解;通过模态分析试验得到模态参数,利用MATLAB软件绘制了稳定性叶瓣图;利用DEFORM软件以及试验数据验证了所构建的稳定性叶瓣图的正确性。     

基于AdvantEdge FEM的薄壁外壳体零件仿真分析

导引头产品某较大型薄壁类零件在车削加工过程中,加工变形大,加工状态不稳定。考虑到影响加工变形的主要因素为切削三要素,现通过AdantEdge FEM及ANSYS-workbench有限元仿真法对薄壁外壳体零件的车削加工过程及模态、谐响应进行仿真分析,通过AdantEdge FEM后处理结果中温度场、应力场及变形的变化情况,对切削参数进行调整,优化切削加工过程,通过ANSYS-workbench对该薄壁模型进行模态分析及谐响应分析,得到工件的加工变形情况,从而采取最优切削加工方案控制薄壁外壳体零件的变形。     

实时振动数据驱动的薄壁件平铣工艺参数自适应优化

为减小加工振动对薄壁件平铣（端面盘铣）加工质量及效率的影响,提出一种实时铣削振动数据驱动的平铣工艺参数自适应优化方法。首先根据再生效应原理建立薄壁件平铣颤振稳定性模型。其次将薄壁件平铣过程中前一个工步内的实测振动数据分为若干段,以此模拟其材料去除过程,对各段铣削振动数据进行分析,由有限元单位力法和优化STD法分别识别出薄壁件刚度和各材料去除阶段模态频率及阻尼比,并由此导出薄壁件单模态频响函数,将其代入颤振稳定性模型求解稳定域叶瓣图并做插值处理后即可确定包含材料去除信息的薄壁件三维颤振稳定域叶瓣图。基于此,以避免铣削颤振、共振和满足机床性能要求为约束条件,以材料去除率最大为目标,利用遗传算法计算薄壁件下一个工步较优的工艺参数,如此循环进行,直到完成薄壁件加工。最后,通过某型飞机垂尾薄壁装配界面平铣试验验证该方法的可行性和有效性。由试验结果可看出,采用优化后的加工工艺参数,能使薄壁装配界面粗加工过程表面粗糙度从Ra 3.2提升为Ra 1.6,加工效率提高33%。     

薄壁件模态分析及铣削稳定性分析

薄壁件壁薄、刚性差,加工时易产生切削颤振,本文建立考虑刀具和工件刚度特性的薄壁件铣削动力学模型,根据不同刚度条件下系统的模态试验获取模型的系统动态性能参数。通过铣削加工试验进而获得模型的铣削力系数,并绘制出相关的切削稳定性极限图,设计切削试验模拟加工过程不同刚性条件,经试验验证,模型及极限图准确可靠。     

考虑极限切削宽度的45钢切削力仿真分析

以高速车削45钢为研究对象,针对高速车削颤振问题,通过绘制稳定性叶瓣图得到无颤切削参数。利用Third Wave AdvantEdge有限元分析软件,基于无颤切削参数设计正交试验,运用极差分析法得到切削用量对各切削力的影响主次顺序和最优组合。根据仿真试验结果,建立了车削力预测模型并检验了回归模型的可靠性。通过单因素试验法分析研究了各切削参数对车削力的影响规律,从减小车削力和提高高速车削加工稳定性方面出发,在所选参数范围内得出了高速车削45钢时的最优参数组合为:v=1200m/min,f=0.05mm/r,ap=0.2mm。