激光加热辅助铣削氮化硅陶瓷试验研究

激光加热辅助切削是加工工程陶瓷材料的一种有效方法,关于辅助车削的研究较多,而激光加热辅助铣削的研究较少。本文搭建了激光加热辅助铣削试验系统,对氮化硅陶瓷进行了加工试验研究。随着激光能量升高,切削力降低,刀具磨损减少,切屑尺寸增加。工件表面粗糙度、表面形貌、表面组织与表面硬度的测量结果表明加工质量好、激光对工件不造成损伤。此外,研究了加工过程中产生的边缘碎裂现象,分析了工艺参数对碎裂宽度的影响规律。     

螺杆转子的旋风式法曲率包络铣削技术

针对石油工业用大型螺杆钻具转子螺旋曲面的数控铣削加工,提出了一种新的旋风式法曲率包络铣削技术。该技术的核心是在每一走刀行程中,实时调整刀具的轴心线绕接触点工件理论曲面外法线向量转动的角度,使铣刀刀尖圆与理论曲面的切触线具有相同的曲率,对理论曲面形成等法曲率的逼近包络。该铣削技术的表面成形精度高,且铣刀切削刃在曲面上的扫描面积大,能显著提高切削效率。在保持加工精度不变的条件下,可大幅度地减少刀具切削     

水辅助激光加工技术的实验研究

介绍水辅助激光打孔和切割实验研究。研究表明 ,用毫秒级YAG脉冲激光对不锈钢和Al2 O3 陶瓷加工时 ,熔屑易从加工区排出 ,有助于提高加工的表面质量 ;加工单晶硅时 ,加工表面易产生微裂纹 ,使加工质量变差。激光通过水层时 ,有能量损失 ,水层深度越深 ,能量损失越大。     

激光技术在陶瓷材料加工的应用

工程陶瓷材料具有优良的综合性能,已在很多工业领域得到了广泛应用.激光技术是非接触式加工,具有能量密度大,能加工一些特殊型面等优点.在工程陶瓷材料加工方面体现出强大的发展潜力.本文综述了工程陶瓷的激光加工技术和激光加热辅助加工技术,阐述了各项加工技术的基本原理和加工质量影响因素,同时从恒量激光加工技术的加工效率和加工质量的角度,总结了优化工艺参数、应力引导控制裂纹、材料预处理等控制方法.     

EQUIVALENT NORMAL CURVATURE APPROACH MILLING MODEL OF MACHINING FREEFORM SURFACES

A new milling methodology with the equivalent normal curvature milling model machining freeform surfaces is proposed based on the normal curvature theorems on differential geometry. Moreover, a specialized whirlwind milling tool and a 5-axis CNC horizontal milling machine are introduced. This new milling model can efficiently enlarge the material removal volume at the tip of the whirlwind milling tool and improve the producing capacity. The machining strategy of this model is to regulate the orientation of the whirlwind milling tool relatively to the principal directions of the workpiece surface at the point of contact, so as to create a full match with collision avoidance between the workpiece surface and the symmetric rotational surface of the milling tool. The practical results show that this new milling model is an effective method in machining complex three- dimensional surfaces. This model has a good improvement on finishing machining time and scallop height in machining the freeform surfaces over other milling processes. Some actual examples for manufacturing the freeform surfaces with this new model are given.     

镜面铣削加工研究

介绍一种镜面铣削加工方法,通过选择合适的机床和铣削刀具,优化加工切削参数,能够获得只有磨削或刮研所具有的加工效果.通过对镜面铣削的研究,可以寻找出一种手段,实现以铣代磨、以铣代刮,从而可以降低机械加工成本提高加工品质.     

多功能车铣镗复合专用机床结构

介绍了一种多功能车铣镗复合专用机床结构,通过机床布局的结合方式变换,在一次装夹中完成对回转体零件车铣加工和支架零件铣镗加工的效果,做到结合方便、一机多用,实现机械加工的车铣复合、铣镗复合加工的综合功能。     

高温合金蜂窝芯高速铣削材料去除机理与损伤行为

高温合金蜂窝芯材料具有高比刚度、轻质和能量吸收特性好等优异性能,被视为下一代高超声速飞行器热防护结构极具潜力的材料。高速铣削是高温合金蜂窝芯零件成型过程中重要的减材制造工艺,在蜂窝芯材料高速铣削时,蜂窝芯材料面内刚度低且高温合金塑性好,较小的切削力就会使蜂窝壁产生较大的塑性变形,导致蜂窝芯加工精度较低、加工损伤难以控制,对后续焊接、装配等工序产生不利影响。基于有限元仿真对蜂窝壁切削材料去除机理进行了深入研究,探索了铣削参数、刀具类型和铣削方式对铣削过程中铣削力和加工损伤的影响。研究结果表明,蜂窝壁切入角是影响蜂窝芯材料切削加工过程中瞬时应力分布和成屑机理的关键性因素。得到了铣削参数、刀具类型和铣削方式对高温合金蜂窝芯加工过程中加工损伤的影响规律。对于铣削参数,过大的进给量会导致芯格变形等加工损伤,降低切削速度会提高微小毛刺等加工损伤发生的频率;本文采用的三种刀具的对比结果表明,立式铣刀加工质量最好。插铣方式会产生明显的轴向冲击,而侧铣方式可以有效避免轴向冲击。研究成果为高温合金蜂窝芯低损伤高性能加工提供了理论依据和工艺技术储备。     

超声波铣削加工材料去除率的理论模型

超声波铣削加工适于硬脆材料复杂型腔的加工，加工中影响材料去除率的因素很多，为了优化加工参数以及更好地控制加工过程，研究了各种加工参数对材料去除率的影响规律。分析了工具的高频振动、旋转以及机床进给三种运动综合作用下超声波铣削加工的材料去除机理，在传统超声波加工机理以及材料去除率模型的基础上，基于压痕断裂理论，建立了超声波铣削加工材料去除率理论模型。该模型可用于仿真实验研究及预测超声波铣削加工中的材料去除率。     

氮化硅陶瓷水射流辅助激光精密加工

为解决工程陶瓷在激光加工中的表面质量问题提出了溶液辅助激光加工方法,首先在综合国内外有关研究的基础上,分析了激光穿越水层的能量传输、激光作用水下固体物质的热传导和静水及水射流辅助激光加工的作用机理;搭建了旁轴射流与超声振动辅助激光复合加工系统,开展了不同加工条件下氮化硅陶瓷刻槽对比试验。借助扫描电子显微镜检测分析激光刻蚀槽体形貌,运用激光共聚焦显微镜观测了槽体截面轮廓。研究表明,水射流辅助激光加工氮化硅陶瓷,因激光穿越水层、水的对流冷却等作用减少了激光烧蚀材料的有效能量,刻蚀深度有所降低;同时由于水层的存在改变了加工区域能量分布,使得槽口变宽。当激光电流200A、频率50Hz、脉宽0.6ms时刻槽深度相对减小30%,宽度增大21%。水与氮化硅在激光作用下的会发生水解等效应,且水蒸汽、材料蒸汽、熔融粒子、气泡等沿水流动方向被带走,有利于表面质量的提高,综合效果良好。     

浅谈顺铣与逆铣在铣削加工中的应用

在铣削加工中,采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度及刀具切削寿命的重要因素之一.铣削方式的选择应视零件图样的加工要求,工件材料的性质、零件在加工中装夹的受力特点以及机床、刀具等条件综合考虑顺铣与逆铣在铣削加工中的应用.在现代加工技术中,各单位对于顺铣与逆铣的应用情况也不尽相同.因此需要掌握顺铣与逆铣的知识和在加工中的应用及切削力的分析.     

自由曲面五轴加工刀具轨迹规划技术的研究进展

利用五坐标设备进行自由曲面的数控加工是提高加工质量和加工效率的有效途径,自由曲面形状和五坐标机床运动的复杂性导致其刀具轨迹规划技术十分困难。针对自由曲面五坐标端铣加工、侧铣加工以及碰撞干涉分析中的关键技术,综述了近年来自由曲面五坐标数控加工领域刀具轨迹规划技术的研究进展和现状。结合自由曲面数控加工的工程实用性要求,分析了当前研究中存在的不足,指出目前的研究成果在通用性、稳定性和有效性方面尚不能完全满足工程应用,认为自由曲面五坐标数控加工刀具轨迹规划技术的研究应从三维的角度出发,在更为广域的刀具影响空间研究刀具同自由曲面之间的几何啮合关系,同时需要考虑机床的运动学和动力学特性以实现五坐标机床的高速和高效运行。     

Si3N4陶瓷激光加热辅助引弧微爆炸加工温度场仿真

介绍了激光加热辅助引弧微爆炸加工技术,建立了温度场数学模型,使用有限元分析软件计算出了加工Si3N4陶瓷时的温度场分布,并研究了工艺参数对温度场的影响。仿真结果表明：用激光加热辅助引弧微爆炸加工使加工温度得到提高,从单独使用引弧微爆炸加工的12 600℃提高到14 381℃;其最高温度随着激光功率的增大而升高,随光斑尺寸的增大而减小,随激光加热点距引弧微爆炸加工点距离的增大先增大后减小,随进给速度的增大而减小。研究结果为揭示激光加热辅助引弧微爆炸加工机理和选择合理工艺参数提供了理论依据。     

Fiber-reinforced composites in milling and grinding: machining bottlenecks and advanced strategies

Fiber-reinforced composites have become the preferred material in the fields of aviation and aerospace because of their high-strength performance in unit weight. The composite components are manufactured by near net-shape and only require finishing operations to achieve final dimensional and assembly tolerances. Milling and grinding arise as the preferred choices because of their precision processing. Nevertheless, given their laminated, anisotropic, and heterogeneous nature, these materials are considered difficult-to-machine. As undesirable results and challenging breakthroughs, the surface damage and integrity of these materials is a research hotspot with important engineering significance. This review summarizes an up-to-date progress of the damage formation mechanisms and suppression strategies in milling and grinding for the fiber-reinforced composites reported in the literature. First, the formation mechanisms of milling damage, including delamination, burr, and tear, are analyzed. Second, the grinding mechanisms, covering material removal mechanism, thermal mechanical behavior, surface integrity, and damage, are discussed. Third, suppression strategies are reviewed systematically from the aspects of advanced cutting tools and technologies, including ultrasonic vibration-assisted machining, cryogenic cooling, minimum quantity lubrication (MQL), and tool optimization design. Ultrasonic vibration shows the greatest advantage of restraining machining force, which can be reduced by approximately 60% compared with conventional machining. Cryogenic cooling is the most effective method to reduce temperature with a maximum reduction of approximately 60%. MQL shows its advantages in terms of reducing friction coefficient, force, temperature, and tool wear. Finally, research gaps and future exploration directions are prospected, giving researchers opportunity to deepen specific aspects and explore new area for achieving high precision surface machining of fiber-reinforced composites.     

水轮机顶盖底环在铣床上的镗孔加工

通过对现有铣床设备进行局部改造,并改变传统的同镗加工工艺,从而实现在铣床上完成水轮机顶盖、底环的镗孔加工,操作简单,方便实用。     

Study on the grinding behavior of laser-structured grinding in silicon nitride ceramic

Silicon nitride ceramics are extremely difficult and time-consuming to be machined with conventional methods, such as turning and grinding. Laser-assisted machining has been a field of extensive research during the past decade, as it is a promising solution to enhance the machinability of many difficult-to-cut materials, including silicon nitride ceramics. To enhance the processing precision of silicon nitride ceramic grinding, in this work, a method of laser structuring the surface of silicon nitride is proposed. The laser process allows to precisely control the dimensions of the generated features. Therefore, different patterns with equal silicon nitride surface area are produced in order to study the influence of the pattern geometry on the grinding behavior of the silicon nitride. Grinding performance of the structured silicon nitride is tested. The influences of grinding parameters, such as wheel speed and feed rate, are analyzed for their effects on the grinding force, surface roughness. It is found that the procedure of laser-structured silicon nitride has a strong influence on the grinding results. The grooves obtained by laser-structured silicon nitride are favorable for the flow of coolant, and the cracks generated inside the grooves weak the material locally. The laser-structured silicon nitride generally allows for a reduction of grinding forces by up to 63%, and it can effectively reduce the wear of the tool.     

基于OpenInventor的六自由度钻铣机加工仿真研究

针对面向航空装配的六自由度钻铣机,利用0penInventor结合VS2008软件构建其加工仿真系统。以虚拟现实语言VRML为数据接口,从UG和CATIA中分别导入机床本体和加工零件,完成机床的三维运动学仿真。在研究0penInventor现有的挤压函数基础上,结合实际加工过程,给出改进算法,得到多轴加工过程中理想的刀具扫描体。最后利用生成的刀具扫描体完成加工仿真以及加工过程中的碰撞检测。通过验证,系统可以实现六自由度钻铣机的加工仿真,仿真效果真实,沉浸感强。此方法同样适用于任何形式多轴机床的加工仿真。     

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。     

基于UG12.0的螺旋桨叶片五轴加工之铣削策略探讨

为优质高效的加工螺旋桨,本文分析了螺旋桨叶片加工的难点,通过选择五轴联动加工方式,并基于UG12.0对比了不同铣削策略,得到了优化的刀轨,确定了工艺方案,经生产实践证明,加工工艺正确可行。     

基于工艺参数响应曲面的干式铣削机床能效分析

针对干式切削加工能耗相对较高的问题,通过对数控铣床干切削加工过程的实时功率进行数据采集,采用响应曲面方法描述和分析了数控铣削加工各主要工艺参数与单位切削能耗和机床能效之间的定量关系。通过工艺参数对单位切削能耗和单位机床能耗的响应曲面及降维平面进行了分析,结果表明,增大工艺参数和材料去除率对于提升机床能效具有积极作用。此外,降低机床基础能耗占比、提高切削能耗占比,能有效提高干式切削机床能效。