微铣削切削力的解析模型分析

针对传统铣削模型不能较好的反映出微铣削刀具因尺寸效应而易受切削力与切削振动的影响效果的问题,建立了微铣削刀具运动轨迹和动态切削厚度模型和考虑刀具磨损的微铣削犁力模型和剪切力模型,通过Deform-2D切削仿真获得了犁力系数和剪切力系数,建立了考虑刀具磨损的微铣削切削力模型。同时通过切削力测试实验与仿真结果进行比对,检验了切削力模型与测试结果的偏差,结果表明该切削力模型预测结果可以较好的反应实际切削力值,可以利用该模型进行微铣削切削力的近似计算,进而验证了模型的正确性与可信度。     

通用立铣刀真实切削轨迹下五轴铣削力计算

针对五轴铣削中刀具位姿变化和刀具类型差异所导致的铣削力预测难的问题，提出通用立铣刀五轴铣削力计算方法。基于通用立铣刀结构形式，建立通用立铣刀几何模型；综合考虑刀齿真实运动轨迹和刀具姿态变化，构建刀具瞬时切屑厚度模型；将刀具沿轴线方向等分成若干切削刃微元，并根据线性切削力假设建立刀具微元铣削力；将微元铣削力从刀具坐标系转换至工件坐标系下，并沿刀具轴向铣削深度进行积分，获得通用立铣刀的五轴铣削力模型；最后，在混联五轴数控加工实验平台上开展了铣削力测试。实测结果表明:所提铣削力计算方法正确有效，可作为后续五轴铣削工艺参数优选的理论依据。     

γ-TiAl基金属间化合物机床铣削中的切削力预测

针对γ-TiAl基合金因室温脆性导致其加工较为困难的问题,提出一种采用正交斜变换技术对γ-TiAl基金属间化合物Ti-48Al-2Cr-2Nb铣削加工切削力进行预测的方法。利用正交车削试验测量切屑厚度、切削力和进给力等,计算出剪切应力、剪切角和摩擦角等基本切削参数。采用正交斜变换技术确定铣削加工的切削系数,并利用端面铣削的切削力解析模型对切削力进行仿真。此外,研究了涂层对摩擦因数、剪切应力、剪切角和切削力的影响。在不同的切削条件下,分别通过端面铣削和球头铣削试验对切削力预测结果进行了验证。结果表明：切削力的预测值与实测值吻合较好,验证了力学模型的有效性;对于AlCrN和AlTiN涂层,端面铣削的切削力估计误差分别在20%和13%内;对于AlCrN涂层,球头铣削的切削力估计误差在15%内。     

考虑刀具偏摆的微铣削力理论模型分析与研究

考虑微铣削加工过程中刀具偏摆的影响,建立了一种新的未变形切削厚度计算模型,为计算微铣削力做准备。将应变梯度塑性理论引入到材料的本构方程中,利用修正后本构方程来计算微铣削过程中的流动应力。在计算微铣削力时,应用了考虑刀摆的未变形切削厚度,并同时考虑了犁切力、流动应力和弹性恢复的影响。将理论计算得出的铣削力与实验测得的铣削力进行比较,进而验证模型的可行性。     

圆角铣削动态切削力方向力系数的时变性研究

针对圆角铣削加工过程切削力不稳定问题,建立考虑再生颤振作用下的圆角铣削动态切削力模型,通过铣削过程中刀具相对于工件坐标的变化,推导切入、切出角随刀具角速度变化的计算公式,研究动态切削力的方向力系数的时变性问题,在仿真得到的颤振稳定性叶瓣图基础上,对圆角铣削在颤振条件下方向力系数的时变性处理的正确性进行验证,并分析了切削力系数及铣刀齿数对颤振稳定性的影响,为圆角铣削切削参数的选择提供了可靠依据。     

不锈钢0Cr18Ni9铣削力建模与实验研究

在难加工材料的铣削加工中,铣削力对质量有很大影响。对难加工不锈钢0Cr18Ni9铣削加工中的切削力模型与实验加工技术进行研究。将不锈钢0Cr18Ni9铣削加工中的切削力分解为切向铣削力、径向铣削力和轴向铣削力,由铣削力和切削加工参数之间的关系,建立不锈钢0Cr18Ni9铣削力模型。采用正交试验法设计加工试验获得铣削力数据,通过多元线性回归确定不锈钢0Cr18Ni9铣削力仿真模型中的系数。回归参数的显著性检验结果表明,所建立的铣削力模型能够对铣削力进行预测和控制。     

高强度铝合金铣削加工数值模拟及参数优选

研究高强度铝合金铣削加工数值模拟的工件材料模型简化、切削热力耦合边界设置等理论基础,建立了大平面铣削加工三维有限元模型,计算模拟了材料铣削过程中切屑的形成、切削力和切削热随时间的变化关系,并进一步分析了产生原因,最后以切削力和切削热为目标进行了切削参数优选。研究结果表明:通过切削加工数值模拟方法可有效预测金属切削过程中切削力和切削热的分布状态,同时该方法可为相关材料的切削加工仿真及优化设计提供参考。     

Ti6Al4V的超声振动铣削加工三维有限元仿真

应用有限元技术对超声振动铣削机理及工艺参数进行研究具有诸多优势。该文对振动切削仿真的关键理论进行分析,建立了进给方向超声振动铣削加工的三维模型,模拟振动铣削的脉冲式切削过程,并对比了有无超声振动铣削的切屑形态。根据切削区温度云图,分析振动铣削时温度明显降低的原因,仿真得到了有无超声振动时铣削Ti6Al4V的切削力曲线。结果表明,振动铣削时,切削力为脉冲式,且峰值小于传统铣削力峰值。进行了超声振动铣削试验,对比切削力模拟值与试验值,验证了有限元模型的正确性。该模型可用于优化超声振动铣削工艺参数。     

数控恒力铣削刀路设计

在切削加工物理分析的基础上探讨铣削力和切削加工参数之间的关系,建立铣削非圆曲线的力学模型,采用单因素试验法设计铣削试验,通过最小二乘法确定铣削力模型系数。以非圆曲线为例,完成了数控恒力切削测力实验,试验结果表明:该方法能够使切削力在非圆曲线的加工中基本保持不变,改善了曲线的加工质量,缩短了加工时间,在提高加工效率和精度方面具有优势。     

钛合金高速铣削的切削力实验研究与建模

针对难加工材料Ti6Al4V(TC4)进行高速铣削的铣削力研究,通过多因素正交试验,分析切削参数对切削力的影响,得出对难加工材料宜采用高速小切削的方法加工。将铣削加工中的切削力分解为纵向铣削力、横向铣削力和轴向铣削力,根据铣削力和切削加工参数之间的关系,采用最小二乘法等概率统计方法和回归分析原理,建立了三向铣削力模型。对所建立的铣削力模型进行回归参数显著性检验,分析所构建模型的置信度和残差,结果表明所建立的铣削力模型能很好地符合原始实验数据,可靠性好,能用于铣削力的预测和控制,为高速铣削钛合金的参数优化提供可靠依据。     

Accurate 3-D cutting force prediction using cutting condition independent coefficients in end milling

The instantaneous uncut chip thickness and specific cutting forces have a significant effect on predictions of cutting force. This paper presents a systematic method for determining the coefficients in a three-dimensional mechanistic cutting force model—the cutting force coefficients (two specific cutting forces, chip flow angle) and runout parameters. Some existing models have taken the approach that the cutting force coefficients vary as a function of cutting conditions or cutter rotation angle. This paper, however, considers that the coefficients are affected only by the uncut chip thickness. The instantaneous uncut chip thickness is estimated by following the movement of the position of the center of a cutter. To consider the size effect, the present method derives the relationship between the re-scaled uncut chip thickness and the normal specific cutting force, K_n with respect to the cutter rotation angle, while the other two coefficients—frictional specific cutting force, K_f and chip flow angle, θ_c—remain constant. Subsequently, all the coefficients can be obtained, irrespective of cutting conditions. The proposed method was verified experimentally for a wide range of cutting conditions, and gave significantly better predictions of cutting forces.     

织构分布对刀具切削性能影响的有限元分析

目的研究刀具表面织构分布对刀具切削性能的影响。方法基于大型非线性分析软件ABAQUS进行刀具二维切削TI6AL4V的有限元仿真,收集切削力数据,通过切削实验进行验证,误差符合后进行等间距、非等间距和混合型织构的有限元仿真,收集切削力、切削热等切削数据进行分析。结果提取结果后与无织构刀具相比,等间距织构刀具的最高温度降低12.4%,非等间距织构刀具的最高温度降低14.5%,混合型织构刀具的最高温度降低16.5%。与无织构刀具相比,等间距织构刀具的主切削力降低9.8%,非等间距织构刀具的主切削力降低11.2%,混合型织构刀具的主切削力降低12.6%。结论在刀具表面加工适当的织构可以提高刀具的切削性能,织构间距越小,织构的减摩作用越明显,与等间距织构相比,非等间距织构减摩效果更好。织构分布过于密集易造成加工中的震动问题,在微织构中添加尺寸更小的微细级织构,既能减小刀屑接触面积,又避免了因间距过小导致刀具强度降低的问题。     

刀具断屑槽对切削过程影响的数值模拟

本文通过有限元法模拟切削过程,对硬质合金刀片断屑槽在切削过程中的影响做了研究。结果表明采用平滑的槽型曲面有利于降低主切削力;断屑槽能够降低轴向力和径向力,进而可以帮助提高加工精度和工件的表面质量。切削过程中,有断屑槽的刀片表面等温线分布集中,而没有断屑槽的刀片表面有多个最高温度区域且温度更高,不利于刀片的使用寿命。另外,有断屑槽的刀片所产生切屑的有效应力、有效应变更大,更适合于加工塑性好的材料。     

航空钛合金切削过程有限元数值模拟分析

切削加工过程模拟的实质是采用有限元方法求解非线性问题的过程。建立了钛合金构件切削有限元模型,其切屑分离准则是以材料损伤理论为基础确立的;利用已有的研究成果,构建了求解切削温度场和切削力的有限元模型;利用有限元软件ABAQUS/Explicit进行模型建立、材料输入、部件装配、局部细分网格、运动仿真等;通过对钛合金切削过程的仿真计算得到切削温度、切削力等的一般规律。结果表明:模拟结果与实际生产结果相符合。     

薄筋高速切削受力振动分析与研究

运用有限元法对薄筋进行切削受力模拟分析,以田口试验法规划模拟切削,分析在不同切削条件下工件产生的振动频率与振幅,探讨当薄筋厚度不变时,宽高比与振幅的线性关系以及薄筋的材料刚性与振幅的关系。研究结果表明:在同样的高度、厚度与受力情况下,薄筋宽度越小,工件振幅越大;反之工件振幅越小。     

基于VERICUT二次开发的数控加工切削力仿真研究

为解决传统有限元仿真软件在数控加工切削力仿真应用中效率低下的问题,论文介绍了一种基于VERICUT二次开发的数控加工过程切削力仿真的快速实现方法.在VC平台下,利用VERICUT软件提供的二次开发工具Optipath API(optimize path - application programming interface),在数控加工几何仿真完成后即时提取加工过程的切削参数.根据切削力经验模型,通过MFC(microsoftfoundation class)编程开发切削力仿真结果输出界面,得到数控加工过程中切削力数值的变化曲线,实现数控加工过程切削力仿真效率的显著提高.     

Generalized modeling of chip geometry and cutting forces in multi-point thread turning

A generalized mechanics model of multi-point thread turning operations is presented. The cross section of the chip is determined from the thread profiles of the current and previous teeth as well as the infeed settings of the tool. The chip is discretized along the cutting edge, and the cutting force coefficients are evaluated for each element considering the varying effective oblique cutting angles and chip thickness. The nonlinear Kienzle force model is used to account for the effect of edge radius at low chip thickness values. Total cutting forces are obtained by resolving the elemental forces in the insert coordinate system, and integrating them along the engaged teeth. The experimentally validated generalized mechanics model can be used to predict the chip and cutting load distributions for multi-point inserts with custom thread profiles and infeed plans. The model can be used for both process planning and insert design.     

7N01铝合金高速斜角切削过程中的切屑演化机理

目的 研究高强铝合金高速斜角切削参数对切屑形态及演化规律的影响,探究切屑形态转变的内在机理,为延长刀具使用寿命、改进加工工艺提供理论依据.方法 基于通用有限元软件建立7N01铝合金高速斜角切削三维数值模型,利用加工中心、三向测力仪进行切削试验,通过金相显微镜和扫描电子显微镜对切屑形貌进行表征,结合有限元仿真结果,探明切...     

A MECHANICAL MODEL FOR THE CHIP SIDE DEFORMATION IN ALUMINIUM ALLOY CUTTING

ＡＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＯＤＥＬＦＯＲＴＨＥＣＨＩＰＳＩＤＥＤＥＦＯＲＭＡＴＩＯＮＩＮＡＬＵＭＩＮＩＵＭＡＬＬＯＹＣＵＴＴＩＮＧＸｉａＷｅｉ；ＬｉＹｕａｎｙｕａｎ；ＺｈｏｕＺｅｈｕａ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ...     

航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究

目的分析航空铝合金高速铣削锯齿形切屑的形成过程及机理,为提高工件表面质量、延长刀具使用寿命提供理论依据。方法考虑航空铝合金在高速铣削过程中铣削厚度变化的特点,选用合理的本构模型及材料断裂准则,将三维铣削简化为二维变厚度的正交切削热力耦合有限元模型,对锯齿形切屑的形成过程进行有限元模拟,并经铣削试验验证有限元模型的准确性。结果在2～16 m/s的切削速度范围内,铣削力、切削温度、锯齿形切屑形貌均得到了准确的仿真。随着切削速度的增加,切屑厚度、切屑连续部分高度和剪切带间距都有减小的趋势,相反,剪切角随切削速度的增加而增大。切削速度为16m/s时,锯齿形切屑在切屑厚度较大的一侧出现,并随着切屑厚度减小而逐渐消失,变为均匀带状切屑,准确仿真了切削厚度变化下锯齿形切屑形貌。结论提出考虑剪切带宽度变化的三阶段锯齿形切屑形成模型,通过剪切带内外的应变、应变率和温度的变化分析了绝热剪切过程,并使用分割强度比参数量化锯齿形切屑应变程度,控制锯齿形切屑形态。