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.     

一种新的螺旋刃球头铣刀铣削力模型

为提高铣削加工的安全性和生产效率，有必要在加工实际进行之前准确地预测切削过程的物理信息，如铣削力、刀具振动等。给出了球头铣刀丸线几何模型，采用理论削力分析与实验--系数识别相结合的方法建立了新的螺旋刃球头铣刀的铣削力模型。对不同切削条件下的铣削力进行了仿真，与实验测量数据吻合良好，证明离线仿真可以对铣削力做出较准确的预测。     

高速铣削高锰钢的铣削力模拟与试验研究

基于正交自由切削的切削力解析法原理,采用大变形有限元法及热弹塑性本构方程建立了高速铣削加工的有限元模型,对难加工材料高锰钢ZGMn13进行了高速铣削加工过程的模拟研究,模拟了切屑的形成过程及探讨铣削力的分布.并结合大量的铣削试验,分析了高速铣削高锰钢过程中铣削力受切削参数的影响及其变化规律.仿真结果与试验数据吻合,验证了所建立的有限元模型的正确性,可对铣削力随进给速度的变化规律进行有效地预测.     

NAK80模具钢铣削加工过程中切削力系数识别

在铣削加工过程中,切削力系数会影响加工表面质量和切削参数的选择。为了得到NAK80模具钢铣削加工切削力系数,建立了适应多种工况下的铣削力系数经验模型,通过正交铣削实验分析了立铣NAK80模具钢时各切削参数对三向铣削力系数的影响规律,并采用偏最小二乘法对铣削力系数的二次多项式经验模型进行识别。利用已建立的切削力模型和得到的铣削力系数对一组切削参数下的铣削力进行仿真分析,得出结果与实际实验对比吻合,验证铣削力模型的正确性。     

一种螺旋刃球头铣刀的高速加工铣削力模型

研究了高速加工中球头铣刀的铣削力特性。通过综合运用理论建模法和经验系数法,并引入高速切削时引起切屑动量改变所需的作用力,建立了高速切削条件下球头铣刀的铣削力模型。实验验证结果表明,理论计算值与实验测量值吻合良好。     

一种螺旋刃球头铣刀的动态铣削力模型

针对高速铣削中广泛应用的螺旋刃球头铣刀建立刀具微元的铣削力模型,给出了瞬时切削厚度的计算方法,通过积分得出了一种新的整体铣削力模型。该模型考虑了动态铣削时刀杆振动对铣削力的影响,实验数据与仿真结果吻合较好,验证了该模型的正确性。     

基于傅立叶级数的球头刀铣削力模型

球头刀铣削广泛应用于复杂曲面零件的加工,精确的铣削力模型是加工过程控制优化的基础。本文分析了球头刀的铣削过程,将剪切系数拟为微元刀刃轴向高度的多项式,对考虑剪切与犁切双重效应的周期性铣削力进行傅立叶变换,建立了铣削力的傅立叶级数形式。加工实验表明,应用本文方法的预测结果与测量得到的铣削力吻合良好,铣削力模型的有效性得到了验证。     

基于频域多目标优化的铣削力系数及偏心参数识别

在正交切削假设基础上,根据刀具运动几何关系,推导铣削力微元表达式,并从严格的铣削切屑载荷模型出发,考虑刀具偏心引起的多种效应,通过积分运算建立铣削力模型的矩阵形式.随后采用傅里叶变换得到铣削力的频域模型,并用矩阵运算对频域的仿真结果与测量结果的各次谐波进行比较分析,推导得到谐波残差的多元函数,在此基础上提出频域多目标优化的铣削力系数及刀具偏心参数识别方法.以典型航空铝合金材料的多次大偏心率铣削试验为参照,文章模型铣削力仿真误差在2%～6%范围,验证了该方法识别的铣削力系数及偏心参数准确有效.并通过与文献模型时域对比,说明频域多目标优化模型与本次试验结果更为吻合,特别在大偏心率的铣削条件下与文献模型相比有所改进.     

螺旋棒铣刀铣削力建模与仿真

在对螺旋棒铣刀铣削力建模中考虑了切削厚度变化对铣削力影响的指数关系、铣刀偏心对实际切削厚度、切入与切出角、铣削力波动的影响,并提出采用实测各刀齿铣削最大值比求解铣刀偏心和识别铣削力系数的方法。在考虑铣刀偏心因素的情况下仿真与实测的铣削力达到非常好的一致性。提出的铣削力仿真方法充分反映了铣削力的实际状态,提高了铣削力仿真精度。     

瞬时铣削力建模与铣削力系数的粒子群法辨识

为获得精确的瞬时铣削力模型,对微元铣削力进行分析,建立了微元铣削力模型。依据立铣加工的特点,提出了微元铣削刃参与铣削的判断方法,给出了具体的计算公式。在此基础上,建立了包含剪切效应和犁入效应的瞬时铣削力模型。利用粒子群算法收敛速度快的优点,提出了基于粒子群的单位铣削力系数辨识方法,给出了算法的实现步骤。铣削试验结果表明,该方法能够精确辨识出单位铣削力系数,利用所提出的瞬时铣削力模型获得的铣削力预测值与铣削力实测值的大小和变化趋势基本一致。     

Cutting force model considering tool edge geometry for micro end milling process

The analysis of the cutting force in micro end milling plays an important role in characterizing the cutting process, as the tool wear and surface texture depend on the cutting forces. Because the depth of cut is larger than the tool edge radius in conventional cutting, the effect of the tool edge radius can be ignored. However, in micro cutting, this radius has an influence on the cutting mechanism. In this study, an analytical cutting force model for micro end milling is proposed for predicting the cutting forces. The cutting force model, which considers the edge radius of the micro end mill, is simulated. The validity is investigated through the newly developed tool dynamometer for the micro end milling process. The predicted cutting forces were consistent with the experimental results.     

高速微尺度铣削分力的试验研究

针对微铣刀刃径非常小,在高速微铣削加工过程中很难判断其磨损状况以及对加工表面质量的影响的问题,在微铣削过程中测量微铣刀刀刃受到的微铣削力,研究微铣削力的特性和变化规律,以有效、间接地反映刀刃变化和工件加工表面质量。从理论角度对螺旋立铣刀受到的微铣削力机理进行了着重分析;借助已有的微铣削试验平台,选择典型工件试验材料并设计对应的试验方法进行试验;针对多种材料受到的微铣削分力进行了总结归纳和分析,获得了微铣刀刀刃受到的微铣削力的特征和变化规律。试验结果表明：随着微铣削参量的变化,微铣削力的变化规律与所加工材料的物理机械加工性能存在着密切的联系,而且微铣刀刃径及其每转进给量、轴向铣削深度、材料的晶粒大小都是尺寸效应产生的主要影响因素。     

基于刀具磨损映射关系的微细铣削力理论建模与试验研究

微细铣削加工过程中,刀具直径小且磨损较快,刀具磨损对微细铣削力有着明显的非线性影响,同时刀具跳动又对刀具每齿的磨损表现出不同的影响效应,这些影响因素会导致加工过程的不稳定性和精度。然而,目前缺乏考虑具有刀具跳动和磨损效应的通用微细铣削力模型,研究了刀具跳动与刀具每齿磨损量之间的变化规律,提出了一种同时包括刀具跳动和刀具磨损效应的新型的微细铣削力模型。该模型中,根据刀具每齿磨损量与切削位置的几何关系,改进了瞬时切削厚度模型,基于不同切削刃所对应的受力情况,同时将刀具直径方向上磨损变化量与力模型系数相关联,从而来提高力模型的精确度。最后,通过不同铣削参数下的铣削试验,论证了所提出模型的准确性和有效性。利用所提出的模型,可以通过监测铣削力的大小来辨别刀具尺寸是否在可持续铣削的范围内,从而提高微铣削的加工精度和效率。     

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。     

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。     

整体式立铣刀三维建模及切削力预测研究

针对立铣刀三维建模困难及铣削时切削力难以预测等问题,根据微分几何原理建立立铣刀数学模型。基于数学模型将铣刀切削刃离散成斜角切削单元,根据剪切区应力、应变和温度控制方程,由材料本构方程计算流动应力,通过坐标变换关系建立铣削力预测模型。得到的铣削力与已有铣削试验数据一致,验证了铣削力模型的有效性。     

基于BP神经网络的球头铣刀铣削力建模与仿真

将BP神经网络的理论和算法应用于球头刀具铣削力建模的研究中.采用LM算法建立了铣削力预测的神经网络模型,模型中考虑了影响铣削力的加工参数,选取铣削力试验数据对神经网络模型进行训练,用训练好的神经网络模型对铣削力进行仿真.仿真结果表明,用BP神经网络方法建立的铣削力模型能够对铣削力进行准确的预测.     

微细铣削氧化锆陶瓷铣削力特征分析

针对硬态氧化锆陶瓷的微细精密加工问题,采用金刚石涂层微铣刀进行了微细铣削试验。介绍了微细铣削陶瓷材料时加工区的几何特征,分析了可能产生单齿铣削的原因。通过测力仪记录了铣削力信号,对特征力信号进行了描述和分析,研究了铣削参数以及刀具磨损对铣削力大小的影响。结果表明,微细铣削陶瓷材料时,由于每齿进给量非常小,故铣削过程易产生单齿铣削现象;铣削力轴向分量Fz的值最大,随着每齿进给量的增大,Fz呈明显上升趋势;随铣削路程的增加,刀具磨损加剧,铣削力也随之增大,受刀具磨损影响产生一定波动,特别是Fz,其增加幅度明显大于Fx和Fy的增加幅度。