金属切削过程物理仿真技术的应用

为提高薄壁弱刚度零件的加工质量及加工效率,提出了基于金属切削过程物理仿真软件AdvantEdge,对铝合金材料薄壁弱刚性零件的切削过程进行了物理仿真分析,得到了不同几何参数的刀具在切削过程中所产生的切削力和切削热分布趋势。通过分析切削力、切削热,对刀具几何参数进行了优化;同时以切削力为优化目标对切削参数进行了优化。利用优化后的刀具及切削参数指导实际生产,使得该零件在实际加工过程中,切削变形得到了控制,尺寸精度和几何精度满足了设计要求,并使铣削加工效率提高了15%以上。     

基于AdvantEdge FEM的车刀参数优化试验研究

在金属切削加工中,刀片对切削性能具有重要影响;为实现车削45钢的切削刀片优化,以前角、刃倾角和刀尖圆弧半径作为优化变量,利用正交试验法设计试验方案;在有限元软件AdvantE dge中建立切削模型,对切削过程中的切削力和切削温度进行模拟仿真;最后以切削仿真值作为正交试验值,对切削力和切削温度分别进行极差分析和方差分析,得到最优的刀片参数方案。     

CBN刀具干式硬车切削力有限元仿真

对立方氮化硼(CBN)刀具干式硬车冷作模具钢Cr12MoV切削过程进行了有限元仿真研究。运用Johnson-Cook(J-C)模型和J-C切屑分离准则建立了物理仿真模型,利用Deform-3D软件模拟了切屑从局部剪切失稳到断裂的过程,得到了不同切削用量三要素组合下的切削力数值。分析了切削速度、进给量、切削深度对切削力的影响,建立了单一因素对切削力影响的经验公式。结果表明:切削深度对切削力的影响最大,其次是进给量,切削速度的影响最小。     

基于ABAQUS的小孔钻削加工仿真

研究了小孔径深孔钻削加工过程中切削参数对零件变形及残余应力的影响,旨在获得不同切削参数下切削力和残余应力的变化规律。对钻削加工工艺分析的基础上,利用 ABAQUS有限元仿真软件,选择合适的材料模型和失效准则,设定多组切削参数,建立零件的三维钻削模型进行仿真。结果表明,根据仿真结果可优选合适的切削参数,并预测切削力,这为钻削的实际生产提供更直接的理论依据。     

基于DEFORM的7075铝合金切削过程仿真研究

以7075铝合金为例,利用DEFORM仿真软件中的车削模块,建立铝合金切削有限元模型,对仿真结果进行分析,得到切削过程中切削力变化、工件应力及刀具表面切削温度分布等相关试验数据。通过切削力的测量试验验证仿真结果的有效性,结果表明仿真值与测量值的变化趋势一致,证明了仿真后处理结果的有效性。在此基础上研究刀具几何形状对切削过程的影响,该方法为生产实践中确定切削7075铝合金的刀具几何形状提供了新途径。     

基于Unity3D的切削力和切削温度虚拟仿真实验平台

当前,虚拟仿真实验已经成为高校实验教学研究的重点内容。利用三维建模软件SolidWorks对切削装备进行三维建模;借助有限元分析软件Deform-3D对切削实验过程的切削力和切削温度进行计算仿真分析,获得切削实验的虚拟仿真实验数据;在Untiy3D软件中进行切削实验操作的动作仿真以及人机交互界面的设计,开发了一个基于Untiy3D的切削力和切削温度虚拟仿真实验平台,以供高校实验教学使用。     

基于ABAQUS的小孔钻削加工仿真（英文）

研究了小孔径深孔钻削加工过程中切削参数对零件变形及残余应力的影响,旨在获得不同切削参数下切削力和残余应力的变化规律。对钻削加工工艺分析的基础上,利用ABAQUS有限元仿真软件,选择合适的材料模型和失效准则,设定多组切削参数,建立零件的三维钻削模型进行仿真。结果表明,根据仿真结果可优选合适的切削参数,并预测切削力,这为钻削的实际生产提供更直接的理论依据。     

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。     

三明治结构淬硬钢Cr12MoV切削加工的数值模拟

针对三明治结构淬硬钢切削过程复杂、切削力难以预测的问题,借助ABAQUS有限元软件,基于物理失效切屑分离准则、Johnson-Cook本构模型,建立了三明治结构淬硬钢Cr12Mo V的铣削数值分析模型。对三明治结构淬硬钢的铣削加工过程进行了数值模拟,通过改变仿真过程中的切削加工参数,获得了三明治结构淬硬钢的切削温度、切削力的分布;分析了工件硬度变化对切削温度、切削力大小的影响;通过铣削实验,对仿真结果进行了验证。研究结果表明:切削时的温度随工件硬度增大而不断升高,且同等切削参数下三明治结构切削温度较相应硬度区切削温度有所增加;三明治结构仅对焊缝夹层位置的切削力产生影响,并未对其他位置的切削力产生作用;实验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

多层复合涂层刀具切削过程的三维有限元仿真

利用DEFORM-3D软件,对多层复合涂层刀具的切削过程进行三维有限元仿真研究,获得了切削过程中的切削温度、切削力和刀具应力等参数,并进行了相关的切削实验对比.实验结果表明,仿真所得的切削温度和切削力结果与实验结果能够较好地吻合,仿真所得的刀具应力结果能够较好地说明涂层的破坏.该仿真方法可以作为研究多层涂层刀具失效机理的有效方法,     

振动钻削中轴向平均切削力的理论研究

振动钻削特殊的切削机理能显著降低钻削过程中的切削力。通过分析振动钻削过程中的钻头运动,推导了钻头在切削过程中所受轴向平均切削力的理论计算公式,并据此对振动钻削过程中切削参数和振动参数对轴向平均切削力的影响进行了定性分析。     

基于CATIA V5的泵体数控加工仿真

利用CATIA V5软件的加工模块对泵体零件进行数控加工仿真。首先进行泵体零件的三维实体建模,并根据零件的特点进行加工工艺分析和设置加工参数,然后利用加工模块实现实体的仿真刀具路径及快速虚拟数控加工,同时检验数控刀具路径是否有过切和干涉现象,最后将达到要求加工程序以数控机床能识别的格式输出。一方面可以方便地实现零件的数控编程,生成高效、高精度的NC程序;另一方面,可以通过实体仿真刀具路径,检验是否有明显的过切或者干涉现象,及时做出相应的修改,从而大大提高了实际加工效率,进而缩短了生产周期。     

SiCp/Al复合材料薄壁件车削力的仿真研究

应用有限元分析软件ABAQUS对Si Cp/Al复合材料薄壁件车削力进行了仿真研究,得到了切削用量对切削力的影响规律,并结合文献的实验成果对相应规律进行了分析。仿真结果表明:在Si Cp/Al复合材料薄壁件车削过程中,随切削速度的增大,三向切削分力(轴向力Fx、径向力Fy、切向力Fz)均增大,但径向力Fy增幅很小;随进给量的增大,三向切削分力都有增大的趋势;随背吃刀量的增大,三向切削分力均显著增大;背吃刀量是影响切削力的主要因素。     

高性能螺纹丝锥切削仿真试验研究

提出了基于正交试验的高性能螺纹丝锥切削仿真试验设计技术,由计算机仿真实物切削,节省了试验时间和成本。通过正交切削仿真试验优化了切削工艺,提高了高性能螺纹丝锥的设计制造水平。高性能螺纹丝锥切削仿真试验软件的开发可以将分散的切削仿真试验数据进行集中管理。     

大型金属整体件加工精度提高的方法研究

航空与机床行业的大型复杂运动件普遍采用整体式结构,其装配与加工精度提高离不开金属切削加工技术的研究。将CAE技术与金属零件加工工艺相结合,针对大型金属整体件加工提出了一套改善金属零件加工精度的系统解决方案; 并采用测试技术验证该解决方案的可行性。切削加工工艺仿真及切削力测试对比结果表明,采用仿真技术进行工艺参数优化是可行的; 通过保持现有的切削材料速率、提高主轴转数,可以降低刀具的周向、进给方向的切削力近50℅。采用该技术可有效进行参数优化及并指导工艺改进。     

融合工艺信息的复杂零件加工状态识别方法

为解决基于物理信号的加工监控系统在复杂零件数控加工过程中易受工艺波动影响而导致误报警的问题,提出两种融入零件工艺信息的方法来提高加工状态识别的准确率。为验证其可行性,基于数控系统OPC接口开发了一套远程监控系统原型,结合工艺信息和主轴实时切削功率对加工状态进行识别,一旦发现异常,立即控制机床停止加工。在典型飞机结构件上开展了应用验证,结果表明：融入工艺信息后,加工状态识别准确率明显提升。     

全自动等离子切割机的控制系统的实现

简单介绍了等离子切割工艺和工作流程以及伺服系统定位过程,结合PLC、EM253与伺服驱动连接图以及I／O分配表,分析了软件控制部分的软件流程,给出了关键程序实例,展示了等离子切割机控制系统的模拟实验的结果。通过实验证明控制系统能够实现圆形、圆弧、定长线段等复杂图形的高精度自动切割,误差较小。     

利用径向基函数神经元网络估测信号概率密度识别镗削加工中的颤振

提出一种镗削加工中预报颤振的新方法。通过理论分析得出颤振和未颤振时力信号动态分量分别提出从不同的概率分布,且它们的差异十发明显,同时利用径向基函数神经元网络在线的估测力信号的概率密度,得出和理论分析相近的结果,基于此提出一新的颤振预报准则。该方法在实际应用中具有较高的准确性和快速性。     

Feedrate optimization for variant milling process based on cutting force prediction

Machining process modeling, simulation and optimization is one of the kernel technologies for virtual manufacturing (VM). Optimization based on physical simulation (in contrast to geometrical simulation) will bring better control of a machining process, especially to a variant cutting process – a cutting process so complex that cutting parameters, such as cutting depth and width, change with cutter positions. In this paper, feedrate optimization based on cutting force prediction for milling process is studied. It is assumed that cutting path segments are divided into micro-segments according to a given computing step. Heuristic methods are developed for feedrate optimization. Various practical constraints of a milling system are considered. Feedrates at several segments or micro-segments are determined together but not individually to make milling force satisfy constraints and approach an optimization objective. After optimization, an optimized cutting location data file is outputted. Some computation examples are given to show the optimization effectiveness. This revised version was published online in October 2004 with a correction to the issue number.     

插内齿让刀干涉的分析及多截面仿真软件开发

内斜齿的插削让刀干涉一直是困扰内齿圈设计和加工的技术瓶颈。要解决让刀干涉问题,在设计时应考虑插齿退刀干涉的工艺性,加工时通过调整刀具和切削参数来消除退刀干涉。本文研究了插齿刀回程间隙的算法和切削仿真的思路,编写了让刀干涉曲线图和任意截面的内齿插削仿真软件。干涉曲线图可用来判断产品参数是否有好的工艺性及读取合理的主轴偏置和首刀切深,仿真软件可在选定偏置参数下模拟切削过程并验证是否存在干涉。