超声振动铣削光学玻璃材料铣削力研究

工件材料在切削加工过程中所产生的铣削力对加工稳定性、加工的成品率以及工件质量有着十分重要的影响。对光学玻璃这种典型的硬脆性材料,使用传统的铣削方式难以得到高效精密的加工,超声铣削加工是一种特别适用于非金属材料以及难加工材料的加工方式。首先建立了超声振动铣削光学玻璃材料的平均铣削力模型,从理论上得出超声振动铣削加工可有效的降低加工过程中的铣削力这一结论,并用实验验证了这一结论。实验结果表明,与普通铣削加工相比,超声铣削加工明显的降低了切削加工过程中产生的切削力,提高了加工的稳定性等。     

超声振动辅助微铣削石英玻璃铣削力的研究

根据超声加工硬脆材料的特点,结合实验室设备,设计了一套采用工件振动的高速微铣削实验平台,通过超声振动铣削和常规铣削透明石英玻璃,研究选用不同的主轴转速、进给速度、切深、主轴倾角等铣削因素对铣削力的影响。实验结果表明,在两种铣削加工方式下,铣削力发生不同的变化,在超声铣削情况下,铣削力普遍低于常规铣削力。     

超声振动铣削加工Ti6Al4V的表面残余应力研究

建立了包含振动铣削、移除铣刀、载荷释放及降温等多个分析步的超声振动铣削三维有限元模型,对铣削表面的残余应力进行了仿真。通过有限元计算,得到了不同振动参数和铣削用量条件下加工表面的残余应力大小与分布情况,并根据振动切削表面残余应力的影响机制对仿真结果进行了分析。研究结果表明,对工件施加超声振动后,切削表面残余拉应力值明显减小;振动参数和铣削速度对残余应力的影响较大,而进给量对残余应力的影响较小,并通过相关实验验证了有限元仿真结果的正确性。     

超声振动辅助钻削BK7的试验研究

针对BK7光学玻璃在传统制孔过程中出现的入孔边缘质量差和轴向力大的问题,提出了采用50kHz超声波辅助加工装置,开展超声振动辅助钻削BK7的对比实验和加工参数单因素实验。从普通加工和超声振动辅助加工基本运动学角度深入分析了加入超声振动后轴向力减小的原因,以及不同振幅、转速对轴向力减小幅度的影响。研究结果表明：与传统钻削相比,金刚石套料钻超声振动辅助钻削不仅可以获得更小的轴向力,还可以有效提高入孔边缘质量,当振幅增大、转速降低时,增大了轴向力的减小幅度。     

轴向超声振动辅助铣削力的建模与实验研究

轴向超声振动辅助铣削工艺是近年来铣削领域的最新进展之一,目前对于轴向超声振动铣削力建模的研究相对较少.针对这一问题,提出了一个考虑轴向振动的超声铣削力建模方法.根据空间中刀尖运动轨迹的坐标,建立了准确的瞬时切厚模型,得到不同切削角度下切屑形成力和摩擦力模型.将铣削力与未变形的切屑截面面积建立函数关系,考虑了瞬时未变形切厚模型以及瞬时切深模型,得到了轴向冲击力模型.结合切屑形成力模型、摩擦力模型和轴向冲击力模型得到轴向超声振动辅助铣削力模型.研究结果表明:预测的铣削力变化趋向与实验测得的铣削力变化趋向吻合,最大峰值力的误差范围在7.53％～17.35％之间.本文结果将为超声振动辅助铣削工艺的优化研究提供理论基础.     

径向超声振动辅助锯切光学玻璃

本文通过在锯切用超薄切割砂轮的径向上辅加超声振动的方法,对两种不同物理特性的光学玻璃进行锯切加工实验,探索了径向超声振动对光学玻璃锯切过程的影响。理论分析了超声振动锯切过程中的锯切力和锯切比能,给出了单颗磨粒在普通锯切与超声振动锯切时的切削路径。采用有无超声振动辅助锯切两种方式对K9玻璃和石英玻璃进行锯切实验,分析了超声振动对光学玻璃锯切力和锯切比能的影响。结果表明,相比于普通锯切方式,除了受到加工参数的影响外,超声振动辅助加工时K9玻璃和石英玻璃的锯切力减少幅度分别在30%~50%和50%~65%,锯切比能分别减少了30%~45%和50%~60%。径向超声振动辅助锯切使材料产生微破碎,具有减小锯切力和比能的作用,因此有利于提高光学玻璃材料锯切效率和改善加工质量。     

淬硬模具钢超声辅助铣削力的试验研究

淬硬模具钢是一种典型的难加工材料,随着航空航天科技的发展,淬硬模具钢的应用领域越来越广泛。近年来,随着大功率超声振动技术的应用及其研究的不断进展,大量的试验研究表明,超声加工在淬硬材料加工方面,与传统的磨削加工和高速加工相比具有独特的优越性。主要对淬硬模具钢SKD61在进给方向一维超声振动铣削过程中的铣削力进行试验研究,研究结果表明:在机床转速、进给量、切深、步距和振幅这5个工艺参数中,振幅对铣削力的影响较为显著,这充分证明了超声振动加工在淬硬材料加工方面的优势。同时,通过单因素试验,获得了机床转速、进给量和切深对不同方向铣削力的影响规律。     

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.     

飞机难加工材料1Cr15Ni4Mo3N超声铣削加工试验研究

针对传统铣削加工过程中切削力过大、切削温度过高、刀具磨损严重、加工硬化现象显著、难以实现飞机难加工材料高效高质量加工等问题,组建以刀具为振动对象的超声振动铣削试验平台,开展飞机难加工材料1Cr15Ni4Mo3N合金钢超声铣削加工技术试验,研究超声振动辅助作用对难加工材料铣削加工过程中铣削力、铣削表面完整性以及刀具磨损的影响规律。研究结果表明,超声振动辅助铣削可以减小切削力,减缓刀具磨损,增加刀具使用寿命,提高工件表面质量,是一种切实可行的工艺方法。     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

不同铣刀齿数超声振动铣削加工时的轴向力仿真试验研究

7075铝合金具有良好的延展性和导电性,长期应用于汽车、航空航天以及船用板材等重要领域。通过ABAQUS软件模拟了二齿、三齿、四齿铣刀的超声振动铣削过程,并通过对比分析铣削力波形图确定四齿铣刀铣削效果最优。验证可得,实验结果和模拟值存在一定误差,二齿铣刀平均铣削力误差最大为14.67%,四齿铣刀平均铣削力误差最小,为10.17%。误差主要来源于加工过程中刀具操作方法设计、加工过程中机床振动以及工件刀具的磨损等因素。     

不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削钛合金Ti_6Al_4V的稳定性

为了研究不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削加工的稳定性,建立了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削系统的动力学模型。对该动力学模型采用了非线性周期函数的线性化理论、全离散法进行了研究。讨论了不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削的刀齿运动轨迹的特点,建立了瞬时切厚的模型,利用非线性方程的线性化理论建立了时滞微分方程。运用全离散法求解时滞微分方程,应用MATLAB7.1软件得出铣削系统的稳定性预测叶瓣图。通过加工钛合金Ti_6Al_4V进行不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削颤振实验并与普通铣削做了对比。结果表明:系统稳定性预测曲线与实验结果基本吻合;相同铣削参数下,不分离型垂直进给方向超声振动辅助铣削比普通铣削能提高系统稳定性,轴向切深最大增幅80%。     

气凝胶超声铣削圆形刀设计

针对传统机械加工气凝胶出现的粉尘、材料凹陷、破损等问题,对气凝胶材料加工方式、加工刀具等方面进行了研究,提出了以超声铣削方式加工气凝胶材料。对圆形刀进行了结构设计,分析了圆形刀在强迫外力、自身阻尼力、声波作用力下的振动特性以及自由振动时自身的固有频率f,建立铣削力方程,从理论角度证明了超声铣削力要小于普通铣削力,利用ANSYS Workbench软件对刀具进行了各阶模态分析,并对比了各阶模态振型图和振型位移矢量图。研究结果表明:当f=19 407 Hz时,振型沿圆形刀径向传递,在刀具边缘时振幅达到最大,是超声铣削加工的理想振型;通过超声铣削方式加工气凝胶材料,能够实现减小铣削力、提高加工质量等功能,加工效率高。     

基于球头微铣刀的铣削力建模与试验研究

以光学玻璃材料为加工对象,基于铣削力微元分析方法,建立了微铣削力理论模型,并通过试验研究对理论分析进行了验证,结果表明,理论计算模型与实验实测的结果较为吻合,球头铣刀动态铣削力模型与实测铣削力曲线总体趋势基本吻合,其误差范围在20%以内。     

基于响应曲面法的NOMEX蜂窝芯超声复合铣削力预测模型构建

铣削力是NOMEX蜂窝芯加工中主要的物理量,铣削力不仅影响加工质量,还影响蜂窝的固持状态。由于蜂窝芯材料的力学性能及切削性能不同于常用的金属材料,现有的金属切削力公式无法适用于超声复合铣削蜂窝切削力的计算。针对此问题,开展了NOMEX蜂窝材料超声复合切削实验,采用中心复合响应曲面法,建立了超声复合铣削NOMEX蜂窝材料的三方向铣削力预测模型,并将模型计算出来的数据与实验数据对比,验证了预测模型的有效性。基于该模型,研究了各个因素对铣削力的作用规律及各个因素之间的交互作用。结果表明:该模型可以有效预测超声复合铣削蜂窝材料过程中的铣削力;铣削宽度对铣削力影响最显著,其次进走刀速度,切削深度对切削力影响最小,交互项对铣削力也影响显著;铣削力随走刀速度、铣削深度和铣削宽度增加而增大。     

超声振动铣削加工参数对切削力的影响

为了改善传统铣削钛合金的加工条件,研究了进给方向超声振动辅助铣削对切削力的影响。定值计算了不同振动频率、振幅、铣削速度时的净切削时间比,建立了对工件施加超声振动的铣削加工三维有限元模型,根据仿真结果讨论了加工参数对进给方向切削力瞬时值的影响,并结合净切削时间比分析了加工参数对三个方向切削力平均值的影响。研究表明:施加超声振动后切削力明显减小;振动频率小于40kHz和振幅小于30μm时切削力平均值同净切削时间比变化趋势一致,当频率或振幅超过上述值时,刀具、工件间的摩擦力对切削力平均值的影响显著。     

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.     

微细立铣削的切削力试验研究

基于直槽的微细立铣削试验,分析了微细铣削力的基本特征,研究了铣削参数对静态和动态铣削力的影响规律。结果表明:与常规尺度立铣削不同,微细立铣削的动态铣削力均大于静态铣削力;直槽微铣削时,进给方向上的静态铣削力和动态铣削力均大于槽宽方向;三个铣削参数对铣削力有着不同的影响规律。     

电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金纵扭复合超声振动干铣削加工特性研究

对电弧微铸锻增材制造AlMgSc合金进行纵扭超声复合干铣削加工特性试验研究,探讨超声铣削工艺参数对切削力、表面形貌、加工硬化及刀具磨损等AlMgSc合金干铣削成形特性的影响规律。结果表明：与锻造和常规电弧增材成形铝合金相比,微铸锻增材制造AlMgSc合金由于具备更加致密的微观组织、更高的强度和硬度而在超声干铣削成形过程中会产生更大的铣削力,更容易发生加工硬化。与常规干铣削相比,采用纵扭复合超声干铣削可以获得更小的表面粗糙度,并有利于减轻刀具磨损。     

基于超声振动的镁合金铣削加工仿真与试验研究

在镁合金材料的铣削加工中,通常存在零件变形大、表面质量难以保证等问题,为此,从改变镁合金切削机理的理念出发,提出了一种基于超声振动辅助铣削的镁合金零件铣削加工工艺方法.首先,采用有限元软件ABAQUS,构建了镁合金工件的三维铣削仿真模型;然后,对镁合金工件普通铣削和超声振动铣削过程中,其铣削力和表面应力的变化趋势进行了...