基于频域多目标优化的铣削力系数及偏心参数识别

在正交切削假设基础上,根据刀具运动几何关系,推导铣削力微元表达式,并从严格的铣削切屑载荷模型出发,考虑刀具偏心引起的多种效应,通过积分运算建立铣削力模型的矩阵形式.随后采用傅里叶变换得到铣削力的频域模型,并用矩阵运算对频域的仿真结果与测量结果的各次谐波进行比较分析,推导得到谐波残差的多元函数,在此基础上提出频域多目标优化的铣削力系数及刀具偏心参数识别方法.以典型航空铝合金材料的多次大偏心率铣削试验为参照,文章模型铣削力仿真误差在2%～6%范围,验证了该方法识别的铣削力系数及偏心参数准确有效.并通过与文献模型时域对比,说明频域多目标优化模型与本次试验结果更为吻合,特别在大偏心率的铣削条件下与文献模型相比有所改进.     

基于BP神经网络的球头铣刀铣削力建模与仿真

将BP神经网络的理论和算法应用于球头刀具铣削力建模的研究中.采用LM算法建立了铣削力预测的神经网络模型,模型中考虑了影响铣削力的加工参数,选取铣削力试验数据对神经网络模型进行训练,用训练好的神经网络模型对铣削力进行仿真.仿真结果表明,用BP神经网络方法建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测.     

基于BP神经网络和多元线性回归的航发叶片铣削力预测研究

针对航空发动机叶片加工过程中铣削力的变化预测和控制问题,通过研究铣削加工工艺系统的主要工艺参数,利用正交试验法确定了若干组工艺参数方案,建立了AdvantEdge FEM叶片二维铣削模型完成了叶片铣削仿真试验;提取了仿真试验的铣削力,通过方差分析确定了不同工艺参数对铣削力变化影响能力的强弱;利用影响能力强的参数设计了对比试验,建立了BP神经网络铣削力预测模型和多元线性回归铣削力预测模型,比较分析了两种预测模型对铣削力的预测能力。研究结果表明:铣削深度对铣削力变化的影响最大,其余影响较小;BP神经网络预测的准确度和稳定性整体上优于多元线性回归。     

基于ABAQUS/Explicit的铣削加工物理仿真技术研究

为预测铣削力,在ABAQUS/Explicit平台上建立了铣削加工物理仿真模型,以高速侧铣加工铝合金7050-T7451槽腔为例,仿真了铣削力,并与实验结果进行了对比。结果表明仿真铣削力与实际铣削力误差最大为20.89%,认为仿真模型可以代替大量的切削实验来获得不同加工参数和刀具参数下的铣削力。     

圆周铣削加工动态和静态铣削力MATLAB仿真分析研究

基于圆周立铣刀在铣削加工中静态和动态切削力分布对工件尺寸精度有较大影响的现状,对静态和动态铣削力模型进行建模研究,建立有效铣削力分布预测仿真,并对静态和动态铣削力仿真结果进行对比分析,研究结果表明在铣削过程中动态铣削力分布对工件已加工部分的尺寸精度预测较静态铣削力预测有较大优势,通过改变刀具齿数、进给速度、径向切深3个加工参数,对铣削力分布进行对比仿真研究,选择出更加合理的铣削参数,研究表明对比分析较单纯依靠单一模型更加具有参照性.     

PCBN刀具端面铣削淬火钢的铣削力研究

通过试验分别研究了铣削用量、刀具几何参数、工件材料硬度、刀具磨损情况和PCBN材料的晶粒粒度对铣削力的影响，得出了铣削力的经验公式，并提出了降低铣削力的具体途径。     

模具平面铣削加工动态仿真研究

在平面铣削颤振产生机理的基础上,简单论述了一种更精确有效的动态铣削力理论模型的建立过程,该模型充分考虑瞬态切屑的厚度及有效前角对动态铣削力的影响。在此基础上,运用数字仿真技术在频域内建立起动态铣削力和刀具-工件系统的相对振动位移的计算机仿真模型。利用该仿真模型,可以实时显示不同工艺参数和加工参数状态下动态铣削力的数值及其功率谱密度图形以及刀具-工件系统的动态振动位移图形。仿真结果将为预测和消除铣削过程的颤振现象,保证加工质量和加工效率,延长刀具使用寿命提供可靠的依据。     

高速面铣加工的动态铣削力和刀具振动研究

基于力学式切削力预测方法建立了面铣刀动态铣削模型,该模型充分考虑切削厚度、刀具前角和刀具后刀面磨损对铣削力的影响.在Matlab/Simulink环境下,进行了动态铣削力和刀具振动仿真及其频谱分析,并根据仿真结果对转速、齿数、刀具磨损量等影响因素进行了分析验证,该模型有利于揭示各切削参数对动态铣削力和刀具振动的影响规律,从而为实现切削加工参数优化提供理论支持.     

基于单刃铣削力峰值的铣刀偏心辨识

刀具偏心可能导致铣削力的大幅度波动。为辨识铣刀偏心状态,研究偏心作用下的铣削力变化规律。推导出以主轴旋转角和切削刃序号为变量的单刃瞬时铣削力表示式,发现铣削力峰值是切削刃序号的离散正弦函数,其均值为无偏心铣刀的公称力,波动部分为偏心引起的铣削增力。该铣削增力与旋转主轴同频,其初始相位依赖于偏心角,其幅值与偏心距和轴向切深成正比例关系,而与每刃进给量不相关。基于此发现,提出一种估算偏心角和偏心距的数据拟合方法,该方法主要对各刃的铣削力峰值进行正弦函数拟合,算法简单,且只需要做一次铣削测试。铣削试验结果与以上发现一致,且表明该估算方法有效。研究揭示与偏心相关的铣削力峰值特性,提出一种简单直观的偏心尺寸估算方法。研究成果可用于铣削过程状态辨识。     

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。     

球头铣刀骨铣削力有限元建模与试验验证

在骨科手术中,铣削力对骨裂纹和加工表面质量影响较大。由于临床球形骨铣刀结构复杂,目前尚无有效的理论模型预测切削力。通过引入三维有限元模型模拟球形铣刀加工骨材料过程,评估不同加工参数下的铣削力值。搭建骨铣削试验平台模拟临床操作中的铣削过程,并利用采集到的加工信号分析铣削力。通过试验结果与仿真结果的对比,验证了有限元仿真模型的合理性。该骨铣削有限元模型能够满足不同加工参数下铣削力预测精度的要求,方便指导医生根据不同要求选择合适的加工参数。     

A SIMPLIFIED CUTTING FORCE MODEL FOR LIGHT-CUT BALL-END MILLING APPLICATIONS

In light-cut milling operations, specific correlations have been identified empirically between the maximum cutting force on a cutter and its associated cutting parameters, and a series of ball-end milling tests for P20 tool steel has been conducted to establish the nature of these correlations. The experimental results indicate that the maximum cutting force on a cutter can be expressed as a logarithmic function of the associated cutting parameters. This paper describes the structure and testing of a simplified cutting force model for planar milling based on these results.     

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。     

脆性材料微铣削理论及微铣削力模型研究

从脆性材料塑性域铣削机理和特点出发,建立了微径球头铣刀几何模型,改进了瞬时切厚模型,利用合理的切削力微元模型建立了脆性材料铣削瞬时的铣削力解析模型;以石英玻璃为工件材料,基于改进的实验平台进行球头铣刀微铣削试验,并获取了铣削力实验数据,回归出了所建模型中的切削力系数。利用试验对模型进行验证分析,结果表明所建模型具有良好的适用性。     

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。     

硬质合金倒角铣刀的设计与优化

针对大型电站设备制造中难加工材料及复杂零件加工过程中刀具破损严重的问题，设计了双层齿铣刀、直齿铣刀和斜齿铣刀三种刃形的倒角铣刀，并利用l-deas软件进行了三维实体造型，采用三种齿形铣刀进行了铣削试验研究。在大量实验数据的基础上，对三种齿形铣刀在铣削力上进行了对比评判，优化出使用效果最佳的铣刀为双层齿倒     

立铣铣削加工参数和铣刀几何参数的计算机辅助设计

在立铣加工过程动态铣削力非线性数学模型的基础上 ,采用变步长数值积分算法和递推算法建立起动态立铣加工过程的计算机仿真模型。通过输入不同的立铣加工参数和铣刀的几何参数 ,在时域内利用计算机来仿真机床的铣削振动。以刀具—工件系统的相对振动位移振幅最小为目标 ,完成铣削加工参数和铣刀几何参数的设计。     

Cutting Force Model for a Small-diameter Helical Milling Cutter

In the milling process, the major flank wear land area (two-dimensional measurement for the wear) of a small-diameter milling cutter, as wear standard, can reflect actual changes of the wear land of the cutter. By analyzing the wearing characteristics of the cutter, a cutting force model based on the major flank wear land area is established. Characteristic parameters such as pressure parameter and friction parameter are calculated by substituting tested data into their corresponding equations. The cutting force model for the helical milling cutter is validated by experiments. The computational and experimental results show that the cutting force model is almost consistent with the actual cutting conditions. Thus, the cutting force model established in the research can provide a theoretical foundation for monitoring the condition of a milling process that uses a small-diameter helical milling cutter.     

New mathematical method for the determination of cutter runout parameters in flat-end milling

The cutting force prediction is essential to optimize the process parameters of machining such as feed rate optimization, etc. Due to the significant influences of the runout effect on cutting force variation in milling process, it is necessary to incorporate the cutter runout parameters into the prediction model of cutting forces. However, the determination of cutter runout parameters is still a challenge task until now. In this paper, cutting process geometry models, such as uncut chip thickness and pitch angle, are established based on the true trajectory of the cutting edge considering the cutter runout effect. A new algorithm is then presented to compute the cutter runout parameters for flat-end mill utilizing the sampled data of cutting forces and derived process geometry parameters. Further, three-axis and five-axis milling experiments were conducted on a machining centre, and resulting cutting forces were sampled by a three-component dynamometer. After computing the corresponding cutter runout parameters, cutter forces are simulated embracing the cutter runout parameters obtained from the proposed algorithm. The predicted cutting forces show good agreements with the sampled data both in magnitude and shape, which validates the feasibility and effectivity of the proposed new algorithm of determining cutter runout parameters and the new way to accurately predict cutting forces. The proposed method for computing the cutter runout parameters provides the significant references for the cutting force prediction in the cutting process.     

高速铣削过程铣削力建模及析因试验分析

根据铣削过程和铣刀的几何模型,建立铣削力的瞬时表达式和平均切削力公式,给出基于响应曲面法的切削力系数的二次多项式。综合应用析因试验设计和统计分析理论,计算切削力系数的回归系数模型并分析了切削参数对切削力系数的影响规律。