刃口半径对钛合金铣削力和表面粗糙度的影响

为了研究刀具刃口锋利度对刀具寿命和加工质量的影响,采用不同锋利度的刀具对钛合金进行了切削加工实验。采用钝化前后的刀具及不同钝化效果的刀具进行了切削实验,并以航空领域常用的TC4钛合金为加工对象,以切削力和表面粗糙度为主要因素对刀具性能和加工质量进行了对比分析。由于钝化后的铣刀刃口锋利度降低,铣削加工时钝化刀具产生的铣削力及加工后的表面粗糙度均大于未钝化的铣刀,且铣刀刃口圆弧半径对刀具性能及加工质量也具有重要影响。通过刀具钝化方法对刀具角度进行合理钝化后,刀具使用寿命可提高1倍左右。     

机器人行星复合铣削技术验证实验

为提高大型铝合金构件的机器人铣削加工效率而不降低加工质量,开展机器人铣削对比实验研究,探索行星复合铣削方法在机器人切削加工领域应用的可能.提出一种机器人行星复合铣削工具系统,介绍其基本结构与运行原理,并通过建立刀尖运动轨迹模型比较机器人行星复合铣削与机器人端铣刀尖运动轨迹特征.开展Al-2024单因素机器人铣削试验,对比研究机器人行星复合铣削与沿X或Y方向进给的机器人端铣在加工效率、表面粗糙度和切削力等方面的差异.结果表明:相对于机器人端铣,机器人行星复合铣削的加工效率至少提升21.34%,表面粗糙度至少降低33.33%,同时其最大切削力分量和轴向切削力均优于机器人端铣.机器人行星复合铣削相当于多个间隔固定相位角的摆线铣削的有序组合;在相同机器人系统配置与加工参数组合的条件下,机器人行星复合铣削的加工性能优于机器人端铣.研究结果为实现大型铝合金构件高效机器人铣削提供了新方案.     

基于物理学的铣削过程仿真关键技术

为了预测零件加工变形，基于铣削加工有限元理论，构建了基于物理学的铣削加工过程仿真环境，研究了刀位轨迹离散、材料去除、网格自适应生成及动态网格数据维护等关键技术的处理.针对刀具的每次进给运动，系统自动检测刀具和工件毛坯网格相交的区域，通过网格自适应求精、粗化和删除以及有限元分析计算，模拟真实的铣削加工过程.该仿真环境可综合考虑加工参数、刀具路径等因素对零件加工变形的影响，优化加工工艺，保证加工精度.     

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.     

线接触回转铣削外圆柱表面粗糙度分析

为了分析线接触回转铣削外圆柱工件表面加工质量,运用矢量运算方法建立了线接触回转铣削外圆柱工件运动学模型.根据刀齿包络原理,对工件横截表面理论粗糙度几何学形成机理进行了分析,并仿真了顺、逆铣加工条件下的刀齿轨迹.建立了顺、逆铣加工中线接触铣削外圆柱表面理论粗糙度的计算分析模型,提出了顺、逆铣加工理论粗糙度数值计算方法,并分析了各个加工参数对理论粗糙度的影响.经计算比较,该分析及计算方法能精确反映线接触回转铣削外圆柱工件表面理论粗糙度,为加工参数的计算、选择提供了理论依据.     

数控铣削参数优化方法的研究

为了优化数控铣削参数,以切削比能低、表面质量优为优化目标,对45号钢进行了单工步干式铣削沟槽正交实验.采用多目标遗传算法求解出了不同铣削参数的优化解,并通过对比经验参数与优化参数的实验结果得出了最优铣削参数组合.在最优铣削参数组合下对工件进行加工(粗/半精加工)时,其加工切削比能和工件表面粗糙度比优化前分别降低了46.2%和41.6%,因此本文优化方法可为提高数控铣削加工质量和降低能耗提供参考.     

航空薄壁框类零件铣削加工表面质量研究

刀具-薄壁深腔框类零件是一个弱刚性系统,在铣削力作用下,刀具及框类零件的薄壁结构发生挠曲,出现欠切与过切,从而使加工厚度产生偏差,严重影响工件加工精度和表面质量.首先介绍铣削力的计算方法,在此基础上研究刀具弯曲、壁板挠曲对加工表面质量的影响.采用有限元法依次计算任意加工点处刀具及壁板的刚度,推导铣削薄壁框类零件时厚度偏差的计算,提出极限铣削力概念.通过数值算例,研究减小加工偏差的方法,提高航空薄壁零件加工精度.     

线接触铣削平面理论粗糙度分析

为了分析线接触铣削平面表面粗糙度的影响因素,运用矢量运算方法建立了线接触铣削平面运动学模型;根据刀齿包络原理,对工件表面理论粗糙度几何学形成机理进行了分析,建立了顺、逆铣加工中线接触铣削平面理论粗糙度的计算分析模型,提出了顺、逆铣加工理论粗糙度数值计算方法,并分析了各个加工参数对理论粗糙度的影响.经计算仿真,在同样的加工参数条件下,逆铣加工表面的理论粗糙度值小于顺铣加工表面;刀具半径越小、刀具齿数越少、进给速度越大,表面粗糙度值越大.该计算方法能真实地反映线接触铣削平面中,各参数对理论粗糙度的影响趋势和大小,为加工参数的计算、选择提供了理论依据.     

6061铝合金铣削工艺参数多目标优化

铝合金加工工艺参数的选择是影响铝合金零件加工效率和加工质量、降低制造成本、提高设备使用寿命的关键因素。以6061铝合金为研究对象,对铝合金铣削工艺参数多目标优化进行了研究。以主轴转速、进给速度、轴向进给量、径向进给量和刀具直径为实验因素,进行了五因素五水平铣削正交实验,采用遗传算法优化的反向传播神经网络预测模型建立铣削参数与表面粗糙度之间的非线性关系。在此基础上,建立了以材料去除率和加工表面粗糙度为优化目标的多目标铣削参数优化模型,使用基于NSGA-II算法开发的gamultiobj函数对优化模型进行求解。结果表明,优化后的6061铝合金高速铣削工艺参数范围为主轴转速12 000~13 000 r·min^-1,径向进给量0.19~0.21 mm,进给速度1272~1300 mm·min^-1,轴向进给量6~8 mm,刀具直径4 mm。     

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．     

复杂曲面铣削加工参数双神经网络优化方法研究

针对复杂曲面加工效率低、能耗高、表面质量难控制的问题,以及加工参数和目标之间关系确定的难题,建立了考虑复杂曲面特征的双神经网络优化方法。首先,用曲率表示复杂曲面加工复杂度来描述曲面特征,以曲面加工复杂度、主轴转速、进刀量、进给速度和路径间距为设计变量,以加工时间、能量消耗和表面粗糙度为目标函数,建立了复杂曲面加工参数的优化数学模型;其次,采用BP神经网络以黑箱法建立加工参数与优化目标的非线性关系,结合ALM神经网络方法对加工参数进行了优化。该方法解决了复杂曲面加工参数的优化问题,对提高复杂曲面加工效率和质量有一定的理论指导作用。     

基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法

为了提高数控加工中的机床效能和加工效率,探究深度强化学习在加工参数优化问题中的适用性,提出一种基于深度强化学习的数控铣削加工参数优化方法.选取切削力合力和材料除去率作为效能和效率的优化目标,利用遗传算法优化反向传播神经网络（GA-BPNN）构建切削力合力和铣削参数的优化函数,并采用经验公式建立材料除去率的优化函数.应用竞争网络架构（Dueling DQN）算法获得切削力合力和材料除去率多目标优化的Pareto前沿,并结合优劣解距离法和熵值法从Pareto前沿中选择决策解.基于45钢的铣削试验,验证了Dueling DQN算法用于加工参数优化的有效性,相比经验选取加工参数,通过Dueling DQN优化得到的加工方案使切削力合力降低了8.29%,加工效率提高了4.95%,为加工参数的多目标优化方法和加工参数的选择提供了指导.     

Smoothness-oriented path optimization for robotic milling processes

Industrial robots are increasingly used for five-axis machining operations, where the rotation of the end effector along the toolaxis direction is functionally redundant. This functional redundancy should be carefully resolved when planning the robot path according to the tool path generated by a computer-aided manufacturing(CAM) system. Improper planning of the redundancy may cause drastic variations of the joint motions, which could significantly decrease the machining efficiency as well as the machining accuracy. To tackle this problem, this paper presents a new optimization-based methodology to globally resolve the functional redundancy for the robotic milling process. Firstly, a global performance index concerning the smoothness of the robot path at the joint acceleration level is proposed. By minimizing the smoothness performance index while considering the avoidance of joint limits and the singularity and the constraint of the stiffness performance, the resolution of the redundancy is formulated as a constrained optimization problem. To efficiently solve the problem, the sequential linearization programming method is employed to improve the initial solution provided by the conventional graph-based method. Then, simulations for a given tool path are presented. Compared with the graph-based method, the proposed method can generate a smoother robot path in which a significant reduction of the magnitude of the maximum joint acceleration is obtained, resulting in a smoother tool-tip feedrate profile. Finally, the experiment on the robotic milling system is also presented. The results show that the optimized robot path of the proposed method obtains better surface quality and higher machining efficiency, which verifies the effectiveness of the proposed method.     

数控铣削用量多目标优化

基于数控铣削加工特征，采用线性加权和法，建立了数控铣削用量多目标优化的数学模型，运用直接寻优算法，对数控铣削加工实例进行了优化，验证了多目标优化模型的正确性和实用性，为实现数控加工过程的优化奠定了基础。     

Generation of tool path for flank milling in divided areas

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汽轮机叶片圆环形盘铣刀包络铣削方法

为提高汽轮机叶片的加工效率,缩短汽轮机生产周期,在分析汽轮机叶片曲面构成及其加工方法的基础上,提出了采用圆环形盘铣刀包络铣削汽轮机叶片曲面的新方法.利用定向最小距离原理,对圆环形盘铣刀包络加工刀触点和刀具轨迹进行计算,研究了刀触点的计算模型和计算方法.采用该加工方法后,刀具轨迹行程相对于采用球头铣刀包络加工时有明显缩短,在提高叶片加工效率方面作用明显.研究内容为汽轮机叶片专用数控机床和叶片抛光机的设计提供了理论参考.     

汽车覆盖件模具的非球头刀宽行加工方法

汽车覆盖件模具型面一般是由大面积平坦面和一定陡立面结合的构成的自由曲面.针对汽车覆盖件模具粗加工及半精加工中球头刀效率低的问题,将非球头刀的宽行加工应用于汽车覆盖件模具粗加工与半精加工过程,在工艺上使用环形刀加工陡立面,高进给铣刀加工平坦面的组合加工方式来代替普通球头刀加工,论述了高进给铣刀在加工平坦类曲面中的优势,提出了平底类刀具铣削平坦凹曲面的最小曲率半径判定原则,并对环形刀和高进给铣刀铣削区域内的刀路轨迹进行优化.最后,在三轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明:宽行加工工艺与球头刀加工相比可提高加工效率44.75%.     

Global optimization of tool path for five-axis flank milling with a cylindrical cutter

In this paper, optimum positioning of cylindrical cutter for five-axis flank milling of non-developable ruled surface is addressed from the perspective of surface approximation. Based on the developed. interchangeability principle, global optimization of the five-axis tool path is modeled as approximation of the tool envelope surface to the data points on the design surface following the minimum zone criterion recommended by ANSI and ISO standards for tolerance evaluation. By using the signed point-to-surface distance function, tool path plannings for semi-finish and finish millings are formulated as two constrained optimization problems in a unified framework. Based on the second order Taylor approximation of the distance function, a sequential approximation algorithm along with a hierarchical algorithmic structure is developed for the optimization. Numerical examples are presented to confirm the validity of the proposed approach. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50775147 and 50835004), the National Basic Research Program of China (“973” Project) (Grant No. 2005CB724103), and the Science & Technology Commission of Shanghai Municipality (Grant No. 07JC14028)     

Investigation of Surface Roughness in High-Speed Milling of Aeronautical Aluminum Alloy

An approach is presented to optimize the surface roughness in high-speed finish milling of 7050-T7451 aeronautical aluminum alloy. In view of this, the multi-linear regression model for surface roughness has been developed in terms of slenderness ratio, cutting speed, radial depth-of-cut and feed per tooth by means of orthogonal experimental design. Variance analyses were applied to check the adequacy of the predictive model and the significances of the independent input parameters. Response contours of surface roughness were generated by using response surface methodology (RSM). From these contours, it was possible to select an optimum combination of cutting parameters that improves machining efficiency without increasing the surface roughness.