Cr12MoV切削加工物理仿真与试验研究

利用ABAQUS软件对Cr12MoV冷作模具钢的车削过程进行有限元仿真,模拟了切屑从局部剪切失稳到断裂的过程,预测了刀具与工件的温度,以及已加工表面的残余应力。通过Pro/E软件建立了球头立铣刀的三维CAD模型,在此基础上建立了球头立铣刀铣削加工Cr12MoV冷作模具钢的物理仿真模型,预测了球头立铣刀S形切削刃上的温度分布及切削力。在三轴数控加工中心上进行了球头立铣刀铣削凹圆弧工件的试验,并用KISTLER 9257B测力仪测量了铣削力。仿真得到的铣削力与实验测量得到的铣削力数据误差在15%以内,证明了所建立的铣削仿真模型是正确的。     

自由曲面数控加工表面形貌仿真

建立了整体式螺旋刃球头立铣刀和可转位式球头立铣刀的几何刃线模型。基于自由曲面方程,由矩阵运算得出刃线运动包络面,对球头铣刀加工的表面形貌进行了建模和仿真。结果表明:加工平面时,刀轴摆角的选择对表面形貌影响较大;而加工自由曲面时,刀轴摆角的变化对表面形貌影响不大。     

可转位球头立铣刀端刃几何造形

建立了平装可转位球头立铣刀端刃几何造形的数学模型,利用该模型可计算出刀体上刀片槽的加工调整参数、刀片圆弧半径以及铣刀几何角度沿切削刃的分布。     

球头立铣刀的建模设计及仿真系统的研究

以球头立铣刀的正交螺旋形刀刃曲线为基础。设计了锥形砂轮刃磨铣刀前后刀面的方式。分别推导与建立了具有等法向前角的前刀面、等主后角的后刀面的球头立铣刀的数学模型。并根据模型开发了球头立铣刀的计算机仿真设计与分析软件。     

多元非线性回归的球头立铣刀几何参数优化

研究球头立铣刀几何参数优化问题。由于球头立铣刀的几何角度对其切削性能有着重要的影响,因此选择合适的几何参数十分重要。为改善铣刀优化设计提出了以前角、螺旋角和一次后角为试验因素的多元非线性铣削力预报模型的建模方法。通过有限元仿真分析,获得了正交试验数据样本,利用回归技术对其进行分析,确定了铣削力预报模型,采用遗传算法对铣刀几何角度进行优化,通过MATLAB软件仿真最终得到了铣削力最小时的最优几何参数值。结果表明:所选几何参数与铣削力确实有非线性回归关系,且优化后的几何参数组合所对应的铣削力比正交组合试验方案所得铣削力最少降低了2.02%,铣削温度最多降低了83℃。     

磨削砂轮参数对球头立铣刀应力场的影响研究

在切削过程中,球头立铣刀的刀槽承载的应力及其应变对刀具的稳定性与磨损程度有很大的影响。根据球头立铣刀磨削仿真加工系统开发的球头立铣刀三维模型,利用有限元分析ANSYS软件对仿真加工的球头立铣刀进行力学特性分析,可以得到如下结论:当铣削条件不变,磨削加工所用砂轮半径越大,球头立铣刀的最大变形量和最大等效应力都同时增大,二者增长趋势几乎相同,变形量变化幅度要大一些;当磨削砂轮安装偏摆角增加时,球头立铣刀的最大变形量和最大等效应力同时减小,二者的减小幅度出现明显不同,球头立铣刀变形量的减小幅度略大一些。     

砂轮磨损对锥度球头立铣刀前角的影响研究

基于直柄球头立铣刀前后刀面的磨削加工运动关系,推导出锥度球头立铣刀前刀面的磨削加工运动关系,以SolidWorks软件为开发平台,利用Visual Basic 6.0进行二次开发,开发出锥度球头立铣刀前刀面的磨削加工仿真系统和刀具参数分析系统,从而模拟加工出锥度球头立铣刀的前刀面,得出较为理想的刃形曲线。然后分析了砂轮直径磨损对锥度球头立铣刀球刃前角和周刃前角的影响,用以指导锥度球头立铣刀的实际生产。     

可转位球头立铣刀周刃与端刃的搭接方法

建立了可转位球头立铣刀周刃与端刃搭接的数学模型 ,利用该模型可计算出刀刃搭接处附近加工表面的几何形状误差并确定周刃修形的控制参数。提出了减小加工误差的措施 ,给出了计算实例     

砂轮磨损对球头立铣刀磨削加工误差的影响研究

球头立铣刀是加工复杂高精度曲面的重要刀具。在磨削加工球头立铣刀的制造过程中,随着磨削时间地增加,砂轮会出现磨损,球头立铣刀的刃形曲线会随之发生变化。以SolidWorks为开发平台,基于球头立铣刀前刀面的磨削加工运动关系,利用Visual Basic语言进行二次开发,开发出球头立铣刀前刀面的磨削仿真加工系统和刀具参数分析系统,分析了砂轮磨损对球头立铣刀刃形曲线的影响。分析结果可为实际加工过程提供理论指导,有助于制定正确的磨削加工工艺,并为后续制定正确误差补偿策略提供重要指导。     

基于Solid Works球头立铣刀的三维建模技术

球头立铣刀球头刃部结构较为复杂,文中在Solid Works软件环境中采用砂轮沿刃部曲线阵列,通过旋转切除的方法,实现球头立铣刀三维模型的建立。     

球头立铣刀铣削加工表面粗糙度仿真技术研究

铣削加工表面粗糙度的形成与铣刀和工件振动、主轴偏心、刀具磨损、刀具变形等物理和几何因素有关。多年来中外学者针对各种影响因素建立了“相对单一”的数学模型。这些数学模型只考虑了一种或两种影响因素,还没有建立起描述物理和几何变化过程的综合数学模型,为此对这些相关因素进行了深入研究,建立了基于球头立铣刀的铣削加工表面粗糙度仿真的整体数学模型。从而为虚拟数控加工仿真提供技术支撑。     

基于ANSYS球头铣刀建模与静力、模态分析

为有效提高球头铣刀的动态性能并优化其结构,运用CATIA构建球头铣刀的三维实体模型,运用ANSYS有限元分析软件对球头铣刀进行静力分析和模态分析,分析结果表明,所建立的铣削力模型可以实现对球头铣刀铣削力和变形量的准确预报,为球头铣刀设计优化提供科学依据.     

ENVELOPING THEORY BASED METHOD FOR THE DETERMINATION OF PATH INTERVAL AND TOOL PATH OPTIMIZATION FOR SURFACE MACHINING

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＦｒｅｅｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｅａｔｕｒｅｉｎｍａｎｙｅｎｇｉｎｅｒｉｎｇｐａｒｔｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｄｅｓｉｒｅｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｐｒｏ...     

关于二轴联动数控加工球头铣刀的几点说明

指出了二轴联动数控加工采用与轴线成定角螺旋刃口的球头铣刀时存在的设计与制造难题 ,并给出了相应的处理方法及相关模型 ,计算机虚拟制造结果验证了该方法的正确性和可行性。     

A force-model-based approach to estimating cutter axis offset in ball end milling

Cutter runout due to cutter axis offset is quite common in a milling process, yet it is difficult to directly measure the runout geometry of a ball end cutter during the cutting process. This paper presents an analytical method for the estimation of cutter radial offset via forces in ball end milling. Closed form expression for the total milling force in the presence of cutter offset is first obtained. Fourier series coefficients for the offset related force component are shown to be expressed explicitly in terms of the offset geometry and serve as the basis for the identification of the offset geometry from the measured cutting forces. The offset geometry including its magnitude and the phase angle are directly calculated from the measured force component at the spindle frequency through two algebraic expressions. The identification method is finally validated by milling experiments.     

ENVELOPING THEORY BASED METHOD FOR THE DETERMINATION OF PATH INTERVAL AND TOOL PATH OPTIMIZATION FOR SURFACE MACHINING

An enveloping theory based method for the determination of path interval in three-axis NC machining of free form surface is presented, and a practical algorithm and the measures for improving the calculating efficiency of the algorithm are given. Not only the given algorithm can be used for ball end cutter, flat end cutter, torus cutter and drum cutter, but also the proposed method can be extended to arbitrary milling cutters. Thus, the problem how to strictly calculate path interval in the occasion of three-axis NC machining of free form surfaces with non-ball end cutters has been resolved effectively. On this basis, the factors that affect path interval are analyzed, and the methods for optimizing tool path are explored.     

脆性材料微铣削理论及微铣削力模型研究

从脆性材料塑性域铣削机理和特点出发,建立了微径球头铣刀几何模型,改进了瞬时切厚模型,利用合理的切削力微元模型建立了脆性材料铣削瞬时的铣削力解析模型;以石英玻璃为工件材料,基于改进的实验平台进行球头铣刀微铣削试验,并获取了铣削力实验数据,回归出了所建模型中的切削力系数。利用试验对模型进行验证分析,结果表明所建模型具有良好的适用性。     

Extracting cutting constants via harmonic force components for a general helical end mill

Mechanistic cutting constants serve well in predicting milling forces, monitoring the milling process as well as in helping to understand the mechanistic phenomena of a machining process for a unique pair of workpiece and cutter materials under various types of cutting edge geometry. This paper presents a unified approach in identifying the six shearing and ploughing cutting constants for a general helical end mill from the dynamic components of the measured milling forces in a single cutting test. The identification model is first presented assuming the milling force is measured with a known phase angle of the cutter spindle. When the phase angle of the cutter rotation is not available, as is the case for most milling machines, it is shown that the true phase angle can be identified through the theoretical phase relationship between the different harmonic components of the milling forces measured with an arbitrary phase angle. The numerical simulation and the experimental results for ball and cylindrical end mills are presented to demonstrate and validate the identification methods.     

基于加工仿真的立铣刀三维参数化设计

基于CATIA软件平台进行二次开发,开发出基于加工仿真的高速立铣刀三维参数化设计的CAD软件系统。设计人员输入立铣刀的使用参数和主要结构参数,根据系统的数据库和相关程序自动生成立铣刀的三维CAD模型以及加工立铣刀的砂轮刀位轨迹及NC代码,调用VERICUT软件进行立铣刀磨削加工仿真,从而保证立铣刀参数化设计的三维模型的可加工性,保证刀具设计的质量和缩短刀具设计和制造周期。     

整体叶轮鼓形刀五坐标数控加工刀位轨迹生成

研究了用鼓形刀具进行整体叶轮五坐标数控加工的编程技术.根据鼓形刀具的几何特点,设计了一种无干涉的鼓形刀刀位轨迹生成算法,开发出整体叶轮五坐标数控加工程序生成功能模块.通过算例,证明设计的鼓形刀无干涉刀位轨迹算法是切实可行的,与球头刀相比,对于同样的残留高度,可以增大加工行距,使刀轨长度变短,可提高整体叶轮数控加工的效率.