带圆角圆弧头铣刀设计的关键技术

淬硬钢为典型难加工模具材料,其加工过程中受强热力耦合载荷作用,易导致刀具磨破损,进而降低模具加工表面质量。为了提高工件加工表面质量和刀具寿命,对带圆角圆弧头铣刀的设计进行了研究。首先,结合球头立铣刀和平底圆角立铣刀切削特性,提出了一种适用于大型淬硬钢模具加工的带圆角圆弧头铣刀。其次,对带圆角圆弧头铣刀几何特征进行定义,建立了铣刀轮廓面数学模型,推导了螺旋切削刃参数方程。最后,通过仿真、刀具磨削试验和检测中心对所设计的带圆角圆弧头铣刀进行了检验。检验结果表明:带圆角圆弧头铣刀的刀具直径、圆角半径、圆弧头半径、刃形的磨削精度误差范围在±0.001 mm以内,螺旋角、前角和后角的磨削精度误差范围在±0.05°以内,为刀具的推广应用提供了技术保障。     

电镀金刚石刀具切割石材磨损实验

目的研究数控设备各加工参数对电镀金刚石刀具磨损量的影响,确定合理的加工参数,提高加工效率.方法采用正交实验方法设计金刚石铣刀磨损实验,在数控石材机床上铣削玄武岩,金刚石铣刀采用电镀法制造,铣刀磨损量采用高精密度电子天平测量.金刚石铣刀磨损表面采用Leica MZ95体式显微镜分析.结果影响金刚石铣刀磨损量的主要加工参数为刀具主轴转速、其次是进给速度和切割深度、最后是金刚石粒度.刀具底面的磨损比侧面严重,底面金刚石主要以脱落为主,侧面金刚石磨损以冲击破碎为主.结论数控机床加工参数对电镀金刚石磨损量具有很大影响,金刚石粒度影响较小,刀具应以侧面加工为主.     

刀具磨损监测设计与研究

为获取变切削条件下刀具磨损量，对刀具磨损补偿值进行了分析研究。在合理选择人工神经网络模型的基础上，建立了切削条件下铣削磨损监控系统。依据机床相关切削参数，运用了人工神经网络的方法对铣削数据进行处理，以实验方法研究了高速钢立铣刀后刀面磨损BP网络对铣刀的磨损量预报。实验表明：该模型适用于变切削条件下的铣刀磨损监控，可以较准确地监控铣刀的剧烈磨损。     

高速切削金属陶瓷可转位铣刀刀片力学特性分析

为了研究金属陶瓷可转位铣刀高速切削时刀片的破坏机理,为金属陶瓷可转位铣刀的设计提供理论基础,论文采用ANSYS软件通过有限元法,对高速切削金属陶瓷可转位铣刀刀片力学特性进行分析.创建了金属陶瓷可转位刀片复杂结构的三维实体模型,建立了金属陶瓷可转位刀片的有限元模型,进行位移场和应力场分析,应用最大拉应力理论、最大剪应力理论及最大形状改变比能理论,计算出刀具的最大位移、应力.论文的分析有利于对高速切削过程中的力学特性进行深入研究.     

球头铣刀切削力的预报

针对球头铣刀铣削特点,采用微分化方法建立了球头铣刀切削力数学模型．通过对球 头铣刀铣削微元切削层参数的描述,分析了切削层厚度对球头铣刀主切削力的影响．为实现球 头铣刀切削力的准确预报及铣削工艺参数的优化奠定了基础．     

表面微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响

为了分析微坑织构对球头铣刀片的应力与变形的影响,利用DEFORM-3D有限元分析软件对钛合金TC4进行了动态仿真,得到了X、Y、Z方向的切削力.将切削力施加在球头铣刀片相应的接触区域上,借助ANSYS进行静力仿真,分析了微坑织构对球头铣刀片结构强度的影响,并采用正交试验和极差分析法优化织构参数.结果表明,微坑织构可以增大铣刀片的等效应力,并减少铣刀片变形;织构参数对结构强度影响顺序为:间距直径距刃深度.     

数控高速铣刀参数化设计系统的开发

针对数控高速刀具开发的技术特点,采用Pro／TOOLKIT二次开发工具,在VC环境下,开发了数控高速铣刀参数化设计系统,应用系统给出了高速铣刀设计实例,通过有限元分析的方法,进行了高速刀具安全性的评价．该系统人机交互过程友好,可方便快捷地完成高速铣刀的参数化设计,缩短刀具开发周期约60％,为Pro／ENGINEER的二次开发工作提供了有价值的参考．     

切削参数对锯片铣刀切削振动特性的影响研究

锯片铣刀切削加工过程中,普遍存在严重的振动问题.为研究锯片铣刀的切削振动特性,设计了多种切削条件下的锯片铣刀切削实验.在理论计算锯片铣刀固有频率的基础上,对实验结果进行了分析和讨论.结果表明:锯片铣刀切削系统的频率仅仅取决于系统的固有频率,基本不受切削参数的影响.因此,通过增加刀具系统的刚度或改变切削速度,使激振频率远离刀具系统的固有频率可有效降低和控制切削系统的振动.     

基于DEFORM-3D的立铣刀切削模具钢有限元分析

基于经典金属切削原理,通过PRO-E建立整体硬质合金立铣刀和被加工工件(模具钢)的三维模型,采用DEFORM-3D有限元分析软件对立铣刀加工模具钢进行切削过程仿真。分析不同的切削参数对铣削过程的影响规律,得出在不同的铣削深度、进给量和铣削速度条件下的立铣刀实际的铣削分力、最大等效应力及其温度变化规律,得出了温度及其最大等效应力的分布,为刀具切削性能分析和切削参数的优选提供了理论依据。     

面铣刀三维应力场有限元分析及模糊综合评判

针对铣刀片应力场分析问题，以ANSYS的内部开发语言APDL为开发工具，建立了三雏铣刀片参数化模型，基于切削实验，获得切削力作为面铣刀应力场分析的边界条件，对铣刀片应力场进行有限元分析，从而得知，刀尖及参加切削的切削刃处应力最大，然后向四周均匀扩散，刀片应在离刀尖微远处容易发生破损．运用模糊数学理论建立了对铣刀片应力场进行的模糊综合评判标准，以确定铣刀片应力场的优劣．     

钢管切断刀具研究与设计

通过对切割薄壁钢管时原使用圆锯铣刀的有关参数及工况进行了分析、研究,寻找出了只改变刀具前角等参数之简单的的设计制造锯片铣刀的基本原理与方法,解决了连续高速切断钢管时切断口的质量问题．     

球头铣刀最优微织构参数确定方法

为了研究微织构对球头铣刀切削加工性能的影响规律,完成微织构参数的优化,依据粘结摩擦理论研究了微织构刀具的减磨抗磨机理,采用实验验证的方法,验证了微织构刀具具有减磨抗磨特性。采用DEFORM-3D有限元软件进行了不同织构参数刀具的铣削仿真,得出了刀具微织构参数的合理范围。根据仿真得到的参数范围,设计正交试验优化出球头铣刀最优织构参数组合为D=50μm、H=25μm、L_1=130μm、L_2=110μm。     

基于应力场的高速面铣刀安全性研究

针对高速面铣刀切削加工过程的特点,在刀具可靠性分析基础上建立了高速可转位面铣刀的应力场模型和刀具及其组件的安全性判据.通过有限元分析,获得了切削力和离心力对高速面铣刀应力场影响规律,并获得了刀具安全转速.高速面铣刀切削试验结果表明:基于应力场分析开发的高速面铣刀,在其安全转速范围内应力场分布状态较好,并在切削速度为2 010 m/min时达到最佳的切削性能.     

前角对立铣刀强度的影响分析研究

本文就立铣刀前角对刀具最大应力和最大变形的影响作了有限元数值计算，给出了应力、变形随前角变化的关系曲线。这种单因素务析方法可为其他关键参数分析所借鉴，也为多因素分析及刀具几何参数优化设计提供依据。     

考虑过程阻尼的圆弧刃铣削淬硬钢极限切深

为了研究圆弧刃铣刀动态铣削过程中的过程阻尼情况,通过分析刀具结构的几何参数和工艺参数,对现有的模型进行整合优化,建立了圆弧刃铣刀过程阻尼的动态铣削数学模型.基于改进的数学模型,计算出后刀面侵入体积,并进行大量切削稳定极限实验,得到了高速下的极限切深.同时,应用Matlab和ANSYS软件解算得到铣削模态方程的过程阻尼系数,结合能量平衡方程,给出了淬硬钢耕犁力系数,进而预测极限切深.仿真结果表明,刀具后角和刃口半径对过程阻尼影响显著,预测极限切深与实验结果一致.     

低温冷风对铲齿磨削表面残余应力的影响

传统铲齿磨削通常为干式磨削,在其铲磨过程中由于磨削深度的加大,导致刀具表面产生微裂纹,影响刀具的使用性能.通过在铲齿磨削加工中应用低温冷风技术,对成型铣刀进行了铲磨加工,观察研究了其磨削烧伤和表面残余应力的情况.利用X射线衍射法对其磨削表面的残余应力进行了检测,试验结果发现,在铲磨过程中加入低温冷风能有效地减轻刀具表面烧伤,减小刀具的热塑性变形,改善刀具表层的残余应力,提高刀具表面质量.     

波形刃刀片表面受力密度及应力状态分布规律

为进行三维复杂槽型铣刀片切削性能及槽型优选,针对哈尔滨理工大学开发的波形刃(前刀面为波形曲面)铣刀片,进行表面受力密度分布规律及应力状态的研究.在已建立的铣削力数学模型的基础上,通过铣削力试验以及刀-屑接触面积的试验,建立波形刃铣刀片前刀面受力密度函数;对表面受力密度函数进行定量分析计算并进行三维图形表示,分析其分布规律;应用弹性力学方法对波形刃铣刀片进行应力状态分析,理论分析结果与铣刀片应力场分析结果吻合较好.该研究成果为解决自动化生产中刀具破损这一关键技术问题及槽型优化技术的研究奠定了理论基础.     

球头铣刀高速铣削铝合金表面粗糙度研究

球头立铣刀铣削曲面时，刀具轴线与工件曲面法线之间的夹角对工件表面质量及刀具寿命有着重要影响，通过对球头铣刀刀具轴线和工件加工表面之间的倾角研究，提出了调整刀具和工件之间的加工倾角，有效改善切削条件的策略；通过高速铣削铝合金表面粗糙度的实验研究，获得了进给量、切削速度以及进给方向对高速铣削铝合金表面粗糙度的影响规律，对高速铣削参数以及刀具切削路径的优选具有一定的指导意义．     

基于球头铣刀刀具姿态的铣削稳定性影响机理分析

铣削颤振不仅会导致加工零件表面产生振纹，降低加工零件的表面质量，而且会加剧刀具的磨损和降低机床的寿命.针对加工过程中球头铣刀的刀具姿态对颤振的影响，构建刀具姿态影响下的铣削动力学模型，运用三阶牛顿-埃尔米特插值全离散法对铣削动力学模型进行求解，得到系统状态转移矩阵.用Floquet理论判断铣刀在不同刀具姿态下的铣削稳定性，构建球头铣刀的刀具姿态稳定性预测图.试验确定水平向上走刀方式稳定性最好，工件表面粗糙度最低，验证了稳定性预测图的有效性.     

水室封头高效加工层切铣刀优化设计及分析

针对在重型切削过程中,切削力和切削温度远高于普通切削,刀具失效严重制约加工效率和加工质量的问题,以重型切削的典型零件水室封头为研究对象,依据叠加原理,采用有限元方法,进行层切铣刀的优化设计及分析.首先进行切削实验,分析层切铣刀和面铣刀的切削性能;其次结合重型切削特点,从层切铣刀阶梯、刀具几何角度和不等齿距等方面,设计适合于加工水室封头的层切铣刀;然后通过有限元仿真优化主偏角和分析不等齿距对刀具固有频率的影响;最后对优化的层切铣刀进行铣削性能仿真验证.通过以上研究过程,为重型切削刀具设计及仿真分析提供参考和理论支撑.