三维槽型铣刀片铣削平均温度数学模型

在已有的平前刀面铣刀片铣削温度数学模型的基础上,利用Jaeger的移动面热源理论,建立了波形刃铣刀片铣削温度的数学模型,编制了计算机程序对铣削温度了预测;对新型三维槽型铣刀片（波形刃和大前角）和平前刀面直刃铣刀片的铣削温度进行了实验研究,理论预测和实验结果证明：该模型可用于铣刀片槽型的开发及优选。     

单齿铣削铣削力的数学模型

通过对两种新型三维槽型铣刀片－大前角铣刀片,波形刃铣刀和平前刀面直刃铣刀片的铣削力进行对比实验研究,分别建立了直线刃和波形刃铣刀片铣削力的数学模型,并编制了计算机程序对铣削力进行了预测,其结果与实验结果的变化趋势符合较好,和于刀片槽型的开发及优选。     

滚切端铣刀的切削力试验研究

本文研究滚切端铣刀的切削力变化规律。针对滚切端铣刀的加工特点,改变刃倾角、刀片直径及切削用量,分别测量切削力,并给出切削力的变化规律。试验研究结果表明,铣削深度对切削力的影响较大,进给量的影响次之,刀片直径、刃倾角及铣削速度对切削力也有影响。本课题的研究结果,将有助于滚切端铣刀具的应用和推广。     

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。     

驱动式滚切铣削机理分析及其刀具

为了对驱动式滚切铣削及驱动式滚切铣刀进行深入研究,在充分分析滚切加工特点的基础上,提出了以滚切速率比表征滚压和切削的比例关系,结合滚切速率比对驱动式滚切铣削的加工表面质量、刀具后刀面接触滑动速率、驱动式滚切铣削的铣削力的机理进行了研究。得出了驱动式滚切铣削本身特有的切削规律,并依据这些规律提出了驱动式滚切铣削加工的硬件实现形式“内驱动式滚切铣刀”。结果表明：内驱动式滚切铣刀(又称难加工材料专用铣刀)既能够根据待优化参数的要求在机加工前调节滚切速率比的值,又能够在机加工过程中保持调节好的滚切速率比的值稳定,相对传统的自滚切刀具具有很强的优势。     

波形刃铣刀片受力密度函数的研究及其应力场分析

以哈尔滨理工大学开发的波形刃(前刀面为波形曲面)铣刀片为例,进行三维复杂槽型铣刀片前刀面受力密度函数的研究.在已建立的波形刃铣刀片铣削力数学模型的基础上,通过铣削力试验以及切屑与前刀面接触面积的试验,建立铣削力及接触面参数的试验公式;进一步建立包含接触面参数的铣削力方程;经过两次偏导数并进行矩阵变换得到三维复杂槽型铣刀片曲面前刀面的受力密度函数,根据以上结果对波形刃铣刀片进行应力场分析,从而为槽型优选技术的研究打下理论基础.     

汽车模具拐角加工铣削力建模及仿真

针对数控加工汽车模具型腔中的典型特征拐角时,由于刀具切削余量的增加引起刀具振动加大、噪声加剧、铣削力变化明显及刀具与加工表面挤压加大产生振颤,造成刀具刚性不足、使用寿命降低、加工型面表面粗糙度不均等问题.以汽车模具典型特征拐角为研究对象,依据任意角度铣削拐角几何关系,采用有限元模拟分析方法,进行铣削力建模及仿真.首先建立任意角度拐角铣削过程平均切削厚度计算模型,然后进行铣削力系数识别试验确定铣削力系数;其次结合铣削厚度公式及铣削力系数,建立平底立铣刀拐角加工过程建立瞬态铣削力数学模型;最后对拐角瞬态铣削力进行仿真预测,并与拐角铣削加工试验结果对比.结果表明,仿真软件能有效预测拐角铣削力,为切削参数优选提供参考和理论支撑.     

PCBN可转位面铣刀动态铣削力研究

针对面铣刀铣削加工的特点,建立了单齿和多齿铣削力模型,据此研究了铣削时刀具所受的动态载荷,并对动态铣削力的频谱进行了分析.分析结果表明:铣刀齿数大于2且为偶数时,在工作平面内对机械机构不产生激励;根据不同被加工材料,适当改变刀具前角可以减小铣削力.     

基于工控机的石材铣削力测量系统

目的研究金刚石圆柱铣刀铣削石材的铣削力,建立基于工控机的石材铣削力测量系统．方法通过对金刚石圆柱铣刀铣削石材的受力分析,建立了金刚石铣刀铣削力的数学模型．结合测力指标构建了石材铣削力自动测量系统的硬件实验装置,给出了软件开发过程中数据采集关键环节的解决方法．结果利用该系统对石材铣削力3个分力进行了实际测量,获得了可靠的铣削力数据,实现了测量数据的实时采集、曲线绘制和数据管理．结论石材铣削力自动测量的实现,为进一步研究金刚石刀具的磨损特性、石材的切削性和加工工艺参数的优化等提供了理论依据．     

铣削加工3维稳定性预测

传统的2维稳定性极限预测图反映不出进给量对切削稳定性的影响,针对这个问题,提出通过建立与进给量相关的切削力系数模型以反映进给量对切削稳定性的影响.该模型表示为以每齿进给量为变量的二次多项式方程.采用二次回归组合设计方法设计一组变进给量的中心复合试验,通过测量铣削力得到在特定切削条件下的切削力系数,根据最小二乘法估计回归系数.模型的可靠性通过其显著性检验证明,模型的预测能力通过预测铣削力和测量铣削力的拟合情况进行验证.基于该切削力系数模型,在稳定性极限预测中引入进给量因子,使2维稳定性图转化为3维稳定性图,表示出转速、进给量与临界稳定的轴向切深之间的非线性关系.     

Cutting edge curve models for equal pitch cutters and their applications

A mathematic model is established using infinitesimal geometry for the cutting edge design of special milling cutters which use equal lead helix as cutting edges;equations are given for front-end and proclitic surface of revolution of ball pillar milling cutters, ball taper milling cutters and angularly conical milling cutters;and corresponding models are established for the continuity cutting edge curves of milling cutters. Typical examples are given to illustrate the applications of mathematic models, which prove the correctness and applicability of these geometric models.     

变工况3维铣削稳定性预报方法研究

传统铣削稳定性预报大多仅针对切削宽度恒定的定工况,其结果并不适用于在切宽具有时变特征的变工况下指导选取无颤振铣削工艺参数。为此,以再生型铣削颤振机理为理论基础,通过推导基于时变径向切削宽度的刀齿切入/切出角,并综合考虑切削过程阻尼与刀尖点动力学行为非对称性,构建变工况二自由度铣削动力学模型;进而,在由转速、轴向切深、径向切宽所创成的变工况三维空间内,借助时域全离散方法对动力学模型稳定性进行判定,并绘制三维稳定性叶瓣曲面,从而形成一套针对变工况的三维铣削稳定性预报方法体系。以某型立式加工中心为平台,通过实施典型变工况铣削实验,对所提三维稳定性预报方法进行验证。数据对比分析表明,所提方法能较准确地预报变工况下稳定极限铣削工艺参数,与实测数据相比,其最大相对误差为5.9%。以该预报结果作为边界约束条件,有利于实现面向最大金属去除率的铣削工艺参数优化。     

球头刀高速铣削模具钢热力分布3D模拟

为了获得球头刀高速铣削模具钢在切削过程中的热力分布状态,为已加工表面的热力形成机制研究提供基础数据,利用基于拉格朗日算法的有限元工艺仿真系统DEFORM,对汽车覆盖件模具钢Cr12Mo V的高速铣削过程进行了3D有限元建模仿真.模型模拟了球头刀在倾角为15°时的切屑形成过程,预测的进给方向、跨距方向以及轴向方向的切削力与实验数据相符,在剪切面处模拟所得切削平均温度偏差在10%以内.模具表面切削区轮廓形状与高速铣削产生切屑形貌基本吻合,证明建立的3D模型能够较好地反应切削过程中的热力分布情况.     

镍基粉末高温合金的铣削加工

为了研究镍基粉末高温合金的切削加工性,用整体硬质合金TiC涂层和未涂层立铣刀对镍基粉末高温合金FGH95进行铣削试验.通过研究铣削力、铣削温度与铣削用量之间的关系,分析硬质合金刀具的磨损、破损机理,观察其切屑形态,得出了镍基粉末高温合金FGH95的铣削力和铣削温度经验公式.试验表明：硬质合金涂层刀具加工镍基粉末高温合金FGH95的性能要明显优于未涂层刀具,未涂层刀具的崩刃现象严重,涂层刀具最佳铣削速度为40m/min,铣削速度对铣削温度的影响最大,并且随着铣削速度的提高形成了锯齿状切屑.     

基于切削稳定理论的铣削材料去除率

针对铣削加工,为保证切削效率,建立主轴转速、轴向切深和径向切深的三维稳定性极限图,以工件材料最大去除率为优化目标,合理选择切削参数,从而在保证切削加工质量的前提下,更快、更好地完成铣削加工.仿真结果表明:由于不同铣削系统的动态特性不同,稳定条件下最大材料去除率随径向切削深度的增大的变化趋势差异明显,因此,需要对不同系统进行具体分析,才能找到切削参数的最佳匹配.     

考虑过程阻尼的切削稳定性建模与仿真分析

介绍了考虑过程阻尼影响的切削动力学模型,及切削稳定性解析求解方法;利用开发的仿真程序分别对车削和铣削的稳定性进行了仿真分析,模型与仿真程序的正确性得到了切削试验的验证。对比考虑过程阻尼影响前后的切削稳定性叶瓣图发现,考虑过程阻尼影响可显著提高低速区的稳定性极限值。考虑过程阻尼影响的切削稳定性仿真结果,可用于指导航空难加工材料的高效切削。     

铝合金 Al7075-T651螺纹铣削力仿真分析与实验研究

以航空铝合金Al7075-T651材料为加工对象,对螺纹铣削力进行研究。首先在三维CAD软件Pro／E中建立了某ISO标准牙型可转位螺纹铣刀的三维模型;并利用金属切削有限元软件AdvantEdge模拟其铣削加工过程,对铣削力的变化进行预测;然后利用三维测力仪,对样刀在相同切削条件下铣削加工铝合金Al7075-T651的切削力进行实时监测;最后通过对比分析两者铣削力的误差,验证了螺纹铣削数值仿真的准确性,为螺纹铣削进一步研究及刀具优化提供参考依据。     

基于铣削力突变的拼接模具硬态铣削工艺优化

针对刀具磨损过快和加工稳定性下降的问题,进行了淬硬钢Cr12MoV拼接模具铣削过程中铣削参数和路径优化的研究.通过试验研究揭示了刀具铣削方向、切削速度、进给速度及切削深度对拼接处铣削力突变的影响规律,并借助多因素试验得到了铣削条件对铣削力突变影响的主次因素.为降低铣削力突变对铣削过程的影响,以铣削力突变最小为目标进行了正交试验研究,并在此基础上得到了优化后的铣削参数组合.研究成果可为拼接模具铣削工艺优化提供有意义的参考.     

等螺旋角锥形立铣刀容屑槽槽形的理论分析

本文研究了等螺旋角锥形立铣刀容屑槽的槽形特点及其形成方法,推导了槽形的理论计算公式并编制了相应的计算机程序,利用该程序可以在进行实际的切削加工前,在计算机上绘制其加工槽形,并计算前角、刃带宽度,有利于正确地选择二次刀具及调整参数。     

微织构球头铣刀加工钛合金的有限元仿真

为了研究微织构对球头铣刀切削性能的影响与表面微织构的抗磨减摩性能,通过分析微织构的设计理论,对微织构刀具和普通刀具切削钛合金TC4进行了三维动态切削仿真,对比分析了两种刀具在切削过程中切削力、切削温度及刀具磨损的变化.结果表明,在干式切削条件下,微织构刀具在切削过程中切削力降低了16%,切削温度降低了13%,磨损深度值是普通刀具的25%,但刀具变形变大.微织构在球头铣刀切削过程中能够减小切削力,降低切削温度,减小刀具前刀面的磨损,延长刀具寿命,但可能会影响加工精度.