基于变形控制的薄壁结构件高速铣削参数选择

首先对国内外有关研究薄壁件铣削加工变形的文献进行了回顾。然后,对不同切削参数下铣削力变化规律以及因铣削力引起的加工变形进行了理论分析与试验研究,并以此为基础提出了薄壁件高速铣削切削参数选择原则。试验结果表明,采用优化的切削参数不仅使薄壁件加工精度得到了保证,加工效率也大大提高。     

小直径铣刀高速铣削淬硬钢薄壁件的切削参数优化

以正交试验为基础,采用小直径铣刀高速铣削淬硬钢薄壁件,研究不同的切削参数对淬硬钢薄壁件高速铣削时的径向切削力、振动以及工件表面粗糙度的影响并对切削参数进行优化.首先将研究目标化为衡量产品质量稳定性的SN比;然后采用主成分分析法将多目标质量特征转化为单目标质量特征并结合方差分析对切削参数进行优化,不仅分析了切削参数对综合质量目标影响的显著性,而且得出了较为合理的切削参数,对淬硬钢薄壁件的高速铣削具有一定的指导意义.     

钛合金薄壁件超声振动辅助铣削工艺研究

在钛合金薄壁件的铣削加工过程中,存在薄壁件变形大、加工精度低等问题,为此,提出了一种基于超声振动的辅助铣削加工工艺方法。首先,分析了钛合金材料的切削变形机理,得到了影响工件变形的关键因素,为后续参数指标分析提供参考;然后,利用ABAQUS有限元仿真软件,对钛合金薄壁件的形变和受力情况进行了分析,讨论了超声振动的作用机理及其对切削力的影响;最后,在超声辅助条件下,通过单因素试验,研究了不同工艺参数对薄壁件铣削形变量的影响规律。研究结果表明：超声振动辅助加工可有效解决薄壁件铣削变形问题,大幅提高其加工精度;随着主轴转速和超声功率的增加,薄壁件的变形量呈逐渐降低的趋势;而随着进给速度的增加,薄壁变形量呈逐渐增加的趋势。该试验结果与仿真结果基本一致,与理论值的平均误差在5%以内,由此可见,该结论可为钛合金薄壁件铣削加工中参数的选择和优化提供参考。     

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%。     

空气涡轮机静叶片精铣工艺优化研究

空气涡轮机静叶片是涡轮机重要部件之一,通常为两半式叶片,中分面被分割叶片的精铣成形工艺是叶片加工的关键。传统铣削加工工艺会引起叶片上翘变形,中分面上的叶片出现错位变形,造成汽道不流畅,甚至导致零件报废。针对空气涡轮机TC4钛合金静叶片精铣时的变形问题,对传统铣削工艺进行优化,提出在叶片刚性较好时,先对叶片尾缘进行插铣精加工,再精铣叶身的新工艺。在整体加工余量较多时,先插铣加工叶片尾缘,在后续整体精铣中避开对尾缘的切削,避免尾缘在厚度较薄、刚性较差时因铣削受力引起形变的问题,新工艺解决了两半式静叶片精铣加工变形的难题,在涡轮机静叶片的加工生产中具有指导意义。     

钛合金盘铣振动模型预测及工艺参数优化

盘铣因其铣削力大和铣削效率高等特点被广泛应用于机械加工领域,但有关盘铣钛合金方面的研究相对较少。本文针对盘铣振动模型预测及工艺参数优化进行了钛合金盘铣开槽试验,采用信噪比试验设计法和响应曲面法进行主轴转速、切削深度和进给速度对振动加速度的影响规律分析。各因素对加速度的影响程度依次为切削深度>进给速度>主轴转速。采用信噪比试验设计法和线性回归技术建立振动加速度预测模型,根据预测结果与试验结果可知,两者误差较小,预测模型精度较高。     

应用响应曲面法的机器人铣削工艺优化

为保证机器人铣削加工效率的同时减小切削力、振动加速度和表面粗糙度，从而优化铣削工艺，通过试验研究了不同铣削工艺对机器人切削性能的影响。应用响应曲面法，以切削力、振动加速度和表面粗糙度为响应值，选取主轴转速、进给量和切削深度3类数值因子，以及铣削方式与走刀方向2类类别因子进行优化参数，并建立了各个响应值的二阶预测模型。结果表明：Y方向铣削可以获得较小的切削力和表面粗糙度，逆铣的振动加速度幅值明显小于顺铣加工。同时，进给量和切削深度对切削力和振动加速度具有显著影响，主轴转速对表面粗糙度影响较为显著。优化结果表明高主轴转速、大进给量和小切深时，在保证加工效率的同时切削力、振动加速度和表面粗糙度都较小。     

薄壁零件铣削加工的振动模型

利用Kirchhoff薄板挠度弯曲的规律,分析薄壁结构零件的铣削过程中的振动模型,并结合铣削试验建立薄壁零件立铣加工的振动模型。根据实际加工条件,对振动模型进行数值模拟,分析、验证模型在实际切削加工时的准确性,试验测量结果和数值模拟结果误差很小,说明该假设完全可行,可以用于相关薄壁零件的分析和实际加工,为进一步研究薄壁零件加工振动规律奠定了必要的基础。     

钛合金介观尺度铣削表面粗糙度特征分析及工艺优化EI北大核心CSCD

为提高钛合金介观尺度铣削加工表面质量,以主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度为主要研究因素,对介观尺度铣削表面粗糙度特征进行了分析,优化了工艺参数。考虑到介观尺度铣削加工的间断性切屑形成和单齿切削现象,分析了刀具转角与切削厚度及累计弹塑性变形次数的对应关系。在此基础上,设计了正交实验,将铣削表面划分为逆铣区域、中间区域和顺铣区域,通过方差分析确认每齿进给量是介观尺度铣削表面粗糙度最重要的影响因素。采用田口方法分别对局部区域加工工艺参数进行优化。实验结果表明,相对于中间区域,逆铣区域和顺铣区域弹塑性变形更频繁,表面粗糙度更高,以逆铣区域或顺铣区域表面粗糙度为优化目标时的优化效果更好。     

钛合金介观尺度铣削表面粗糙度特征分析及工艺优化

为提高钛合金介观尺度铣削加工表面质量,以主轴转速、每齿进给量、轴向切削深度为主要研究因素,对介观尺度铣削表面粗糙度特征进行了分析,优化了工艺参数。考虑到介观尺度铣削加工的间断性切屑形成和单齿切削现象,分析了刀具转角与切削厚度及累计弹塑性变形次数的对应关系。在此基础上,设计了正交实验,将铣削表面划分为逆铣区域、中间区域和顺铣区域,通过方差分析确认每齿进给量是介观尺度铣削表面粗糙度最重要的影响因素。采用田口方法分别对局部区域加工工艺参数进行优化。实验结果表明,相对于中间区域,逆铣区域和顺铣区域弹塑性变形更频繁,表面粗糙度更高,以逆铣区域或顺铣区域表面粗糙度为优化目标时的优化效果更好。     

基于切削实验的薄壁件切削用量优化选择

针对不同几何尺寸的典型薄壁件,在不同切削参数组下,进行实际铣削加工试验,分析各个切削用量对切削加工变形的影响,最后结合实际加工切削条件,运用线性规划对切削用量的优化选择进行了讨论。     

3Cr13不锈钢的低频振动铣削影响问题研究

这里研究了低频振动铣削对3Cr13不锈钢铣削力变化的影响.基于对工件和刀具轨迹的运动学分析,对比分析了低频振动铣削与普通铣削的刀具轨迹变化情况,结果表明振动铣削影响了工件-刀具间的相对运动轨迹.采用单因素试验法研究了沿工作台进给方向对工件施加低频激励时不同参数对铣削力的影响规律.试验结果表明低频振动铣削可以减小铣削力,并且铣削力大小与顺/逆铣、激振频率、电压,以及机床主轴转速有关,在相同切削条件下顺铣比逆铣产生的铣削力小.     

薄壁零件的高速铣削稳定性研究

薄壁结构零件在加工过程中极易发生变形和切削振动,这对提高加工质量和加工效率十分不利.在考虑刀具和工件两个方向自由度的基础上,分析了薄壁零件的动态铣削模型.针对2A12铝合金薄壁结构零件,利用MIKRON UCPDUR0800 高速加工中心和相关仪器、软件,通过铣削力辨识实验和模态实验,进行了高速铣削薄壁零件的稳定域分析和实验验证.     

基于响应面法的薄壁件铣削参数有限元优化

铝镁合金薄壁结构件在航空工业中广泛应用,但在其加工过程中常因为刚度不足而引起变形。针对上述问题,提出一种基于响应面法的铣削加工参数有限元仿真方法,可有效控制变形及加工质量。对圆柱螺旋立铣刀的铣削加工过程建立刀具平均切削力模型,并将该模型应用于有限元仿真试验。通过对Box-Behnken法设计的四因素三水平试验结果进行分析,探讨了切削速度、切削深度、切削宽度和每齿进给量等4个因素与切削变形的关系。同时,以工程中的典型薄壁结构件为例,优化了该类薄壁结构件的铣削参数,经有限元仿真验证,该优化方法能够有效控制铣削过程的变形。     

微细立铣削切削振动试验研究

基于45钢微细立铣削试验,分析了微细立铣削切削振动的基本特征,研究了直槽立铣加工时铣削参数对振动加速度和振动位移量影响的基本规律.研究结果表明:在同样的切削工况下,微细立铣削的切削振动远大于大直径立铣刀铣削的情况;铣削参数是振动加速度的主要影响因素,振动加速度随铣削参数的增加都呈上升趋势,但轴向切深H和转速n对振动加速度的影响比进给量f更显著;在一定的参数范围内,减小主轴转速n和增大轴向切深H能够减小振动位移量的大小.     

铣削方式对残余应力影响的仿真及试验研究

机械加工过程中,薄壁件的残余应力控制是实现高性能精密制造的关键。目前,鲜有文献涉及铣削方式对工件表面残余应力影响的研究。以LY12铝合金工件为研究对象,运用Advant Edge有限元仿真软件构建三维铣削模型,提出工件表面残余应力的获取及分析计算方法。仿真与试验结果表明,逆铣加工产生的残余拉应力值小于顺铣加工,因此采用逆铣有利于控制框体类薄壁件的加工变形。此外,在顺铣过程中,相对于铣削宽度,提高切削深度更有利于控制表面残余拉应力;而在逆铣过程中,两者对残余应力的影响并不明显。     

基于灰色关联决策的薄壁铣削变形预测研究

提出一种基于灰色预测的铝合金薄壁件铣削变形量的评价方法,能够同时考虑影响铣削变形量的多种工艺因素变化。为探讨多因素耦合的薄壁铣削工艺参数对薄壁变形量的影响程度及优化预测,利用正交试验采集部分样本数据,采用灰色关联法对薄壁铣削工艺参数进行优势因素分析,利用灰色决策优化工艺试验方案获得最优工艺参数,最后建立了针对铝合金薄壁件铣削工艺参数的灰色多元预测模型,并对该预测模型的预测效果和精度进行分析验证。     

5083铝镁合金薄壁件整体数控铣削试验及优化

铝镁合金因其具有质轻、导热导电性好、阻尼减振、电磁屏蔽等优异性能,在航天航空领域具有广阔的应用。主要研究大型整体铝镁合金壳体薄壁复杂结构件的高速数控加工工艺及工艺优化。正交试验和极差分析表明,铣削力和加工变形的主要影响因素是切削深度轴向切深,肋板和腹板的表面粗糙度的主要影响因素为每齿进给量,最优的工艺参数组合为:切削速度350 m/min,每齿进给量0.0 5mm/z,切削宽度10 mm,切削深度1 mm.通过多元回归分析,获得了铣削力、表面粗糙度、薄板厚度的经验公式,经验公式的精度都在0.9以上。以加工表面粗糙度为研究对象的单因素对比试验表明,最佳的走刀方式为跟随周边铣削方式。最后,通过有限元仿真对整体薄壁件铣削试验及优化进行验证。     

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。     

GH4738高温合金薄壁弧形零件切削参数优化

复杂特征的薄壁弧形类零件被广泛应用于航空航天工业中,如封严环、涡轮外环等,主要以数铣削加工方法为主,但加工效率低。为获得GH4738高温合金薄壁件的最佳精度和效率的切削参数,以典型薄壁件为试验对象,采用均匀设计实验法,分析切削参数(进给速度v_s、切削速度v_w和切削深度a_p)对残余应力变形量的影响。采用二级逐步回归数学方法建立切削参数与残余应力变形量的预测模型,构建了以加工时间和变形量最小的多目标优化模型。以典型薄壁弧形零件为例,利用粒子群算法优化了切削参数,试验结果表明,使用优化的切削模型加工可以提高加工效率和精度。