球头铣刀曲面加工铣削力建模与仿真分析

在曲面铣削过程中,由于工件外形复杂,刀具位姿多变,使球头铣刀铣削力模型的建立较为困难。本文在考虑工件表面几何特征和刀具位姿变化的基础上,通过解析法确定了刀-工切削接触区域的边界条件,利用空间坐标旋转变换得到了适用于复杂曲面加工的五轴球头铣刀铣削力模型,对铣削力模型进行仿真并通过试验验证了模型的有效性。     

多轴铣削加工表面形貌建模与仿真研究分析

在考虑刀具偏心的情况下,建立多轴铣削加工形貌仿真模型,推导出多轴铣削情况下球头铣刀切削刃上任意一点相对被加工工件的轨迹方程,建立仿真算法求解被加工工件表面残留高度,并对平面铣削加工以及圆弧面铣削加工分别进行铣削仿真研究,研究刀具轴线角、进给倾角分别对表面粗糙度的影响。通过提高铣削过程中被加工工件表面质量,为开发实用的铣削加工过程物理仿真系统奠定了坚实的基础,对发展数控加工技术和指导实际生产具有一定的意义。     

FGH97铣削表面形貌及耐腐蚀性试验研究

引用Motif面积比率的概念对工件表面形貌进行表征。采用不同切削参数对FGH97材料的工件进行了铣削和腐蚀试验,得出结论:工件表面形貌好,工件表面存储腐蚀介质的能力较弱,工件腐蚀速度慢;铣削速度、每齿进给量、轴向切削深度等参数的增大都会使得加工表面形貌变差、平均腐蚀速度加快。     

基于MATLAB数值仿真的球头立铣刀加工表面三维形貌预测

球头立铣刀在加工过程中和工件表面近似于点接触,因此在复杂曲面零件加工中有显著优势,但是由于球头立铣刀和工件表面的接触点变动范围大,容易造成表面微观形貌的不可控。鉴于表面形貌会对零件的使用性能产生一定影响,而进给量、切削宽度、切削深度、刀具倾角以及球头半径等切削参数是影响球头立铣刀铣削加工过程中工件表面形貌的主要因素。基于经验公式和运动学原理对球头刀具铣削过程进行综合分析,并借助MATLAB软件仿真得到三维表面形貌。分析发现,进给量、切削宽度、刀具倾角以及球头半径对工件表面残留高度的影响较大,其中,进给量对进给方向的表面残留高度影响较大,切削宽度对切宽方向的表面残留高度影响较大。     

高速铣削淬硬钢表面粗糙度的试验研究

通过切削试验研究了高速铣削淬硬钢时刀具变量中的几何参数(铣刀的前角、后角、螺旋角)、工件变量(工件硬度)和切削参数变量(铣削速度、每齿进给量)对加工表面粗糙度的影响。根据对试验结果的分析得出高速铣削淬硬钢工件表面粗糙度的变化规律。     

微细铣削表面形貌形成分析

基于最小切削厚度的概念,提出了微细铣削过程槽底表面几何形貌仿真模型。通过微细铣削表面形貌的仿真和表面粗糙度Ra值的计算以及微细铣削实验,对微细铣削表面粗糙度随着每齿进给量变化的规律进行了分析和描述。     

针对奥贝球铁高速铣削力的表面粗糙度建模的实验研究

奥贝球铁(ADI)作为一种综合性能优异的难加工工程材料,其高速铣削下的铣削力对工件表面粗糙度Ra有重要影响。为研究其内在关系,基于多因素正交回归实验建立铣削力和表面粗糙度模型的理论,结合奥贝球铁的材料力学性能,采用以主轴转速、每齿进给量、切削深度、切削宽度等为多因素,高速铣削力和表面粗糙度为因变量的正交试验方法,并通过最小二乘法建立关于F_x、F_y、F_z这3个铣削分力的Ra模型;然后分别检验了回归模型和回归系数的显著性,分析了所建模型的可信度及F_x、F_y、F_z分别对ADI表面粗糙度的影响程度;最后设计了相关实验对所建模型进行验证。实验结果表明:高速铣削分力对表面粗糙度影响程度次序:切向力轴向力径向力;模型验证实验说明了所建模型的可信性和正确性,从而可为ADI材料高速铣削加工提供了重要的理论支持和技术指导。     

高速铣削加工铝合金表面残余应力研究

基于Doelle—Hauk方法测量了铣削加工铝合金工件表面的残余应力状态,结果表明,应力主平面与试样表面基本平行,说明铣削加工铝合金表面的残余应力近似处于二维平面应力状态。在分析了织构对残余应力测试影响的基础上,采用X射线衍射法中的回摆法测量了铣削加工工件表面不同切削几何位置、不同转速下残余应力的分布规律。为了对残余应力的分布作出解释,采用Kisterler测试仪测试了不同主轴转速下切削力的变化规律;建立了双刃斜角切削有限元模型,得到了单个切屑形成时已加工工件表面的切削温度场。最后,从热力耦合的角度对残余应力的形成机理进行了研究。     

基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系,利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹,提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制,分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上,以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带,利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正,建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明,提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。     

高速铣削高体积分数SiCp/Al复合材料表面形貌及切屑机制的研究

为了研究高体积分数SiCp/Al复合材料的切削机理及工件表面形貌,采用PCD刀具对干式切削和水溶性冷却液浇注冷却的湿式切削两种切削条件下的高速铣削进行了研究。结果表明,在对颗粒尺寸大、体积分数高的SiCp/Al复合材料进行高速铣削时,干式切削无论是在工件已加工表面形貌和微观结构,还是在切屑形成及形貌上,都好于湿式切削。两种切削条件下均可获得较理想的表面粗糙度。     

基于铣削力/力矩模型的铣削表面几何误差模型

在端铣加工过程中 ,影响铣削表面的因素包括铣削力 /铣削扭矩、机床和工件的性质等等。通过研究这些因素 ,基于铣削力 /铣削扭矩和瞬时未变形切屑厚度的关系 ,建立了一个考虑了铣削力 /铣削扭矩的解析模型 ,用来预报在端铣情况下工件的表面几何误差。与数值模型相比 ,解析模型能够更好地来研究工艺参数和工件质量、产品设计、工艺规划和控制之间的关系。并且可以对铣削工艺的设计和优化提供帮助。一系列的试验验证了模型的有效性 ,并且通过仿真结果得到一些有用的结论     

拼接模具过缝区域切削力建模与表面质量

针对汽车覆盖件拼接模具铣削过程中刀具易磨损破损、已加工表面精度低的问题,对铣削拼接缝过程进行了切削力微元建模。根据加工材料硬度的不同,把每一切削周期的切屑厚度建成切削角度的函数关系,得到不同切削角度下剪切力和犁耕力模型。通过引入单自由度斜体碰撞模型,运用霍普金森压杆试验得到不同主轴转速下刀-工碰撞的弹性变形量δ,进而得到过缝处刀具受到的冲击力。结合剪切力、犁耕力模型与冲击力模型得到过缝区域铣削力预测模型。切削试验与仿真结果具有很好的一致性,证明所建立模型的正确性。研究了不同进给方向下的表面质量,对已加工表面质量、表面粗糙度及工件间高度差进行分析,结果表明,由高硬度切向低硬度工件时可以获得较好的表面质量。所得结果为汽车覆盖件拼接模具铣削加工的工艺优化提供了理论支持。     

瞬时铣削力数学模型及验证

在实际铣削加工中,由于铣削的断续性以及铣刀的多齿性,使得铣削力呈动态变化,动态变化的铣削力是造成工艺系统振动和工件变形的主要因素,因此建立准确的动态铣削力预测模型,是研究铣削加工工艺参数优化、铣刀结构参数优化和加工表面形貌预测的基础,并且对指导实际加工生产具有重要的意义。以微元铣削力为基础,通过计算某一时刻参与铣削的切削刃长度构造瞬时铣削力数学模型,并且结合试验验证了此模型的有效性,此模型为优化铣削加工提供了理论依据。     

陶瓷刀具切削航空难加工材料的表面形貌试验研究

以陶瓷刀具铣削航空难加工材料镍基高温合金GH4169时获取的加工表面形貌为研究对象,以工程现场常用铣削参数为正交实验分析数据,对比分析了各组工艺参数下的工件表面形貌,优选出了获取最佳表面形貌时的切削工艺参数,并进行了实验验证;为加工工件表面形貌的横向纹理建立数学模型,通过实验验证了模型的正确性,为该材料在航空航天领域关键零部件的切削成型技术提供了实验依据与数据支撑,具有重要的工程指导意义。     

基于正交试验法的钛合金铣削试验及分析

采用四因素四水平正交试验法对钛合金工件进行铣削试验,通过分析稳定切削图谱,并对铣削力进行极差分析,建立钛合金工件切削经验公式;同时分析加工参数对铣削力的影响,给出以铣削力最小为优化目标的各工艺参数,为后续的钛合金工件切削加工的理论和试验研究提供基础。     

球头刀铣削淬硬钢倾斜表面切削力试验研究

采用正交试验方法,使用PCBN涂层硬质合金球头铣刀,对不同铣削参数下的52HRC淬硬钢Cr12MoV倾斜表面进行了铣削试验。研究了各工艺参数对切削力的影响规律。试验结果表明:三向力中,Fz远大于Fx和Fy的切削分力,Fz为主铣削力;切削深度对主铣削力的影响大于进给速度、工件倾角和主轴转速对其的影响;工件倾角16.7°,主轴转速6000r/min,进给速度800mm/min,切削深度0.1mm为优选工艺条件。同时,对比试验表明,采用顺铣方式能有效减小切削力,改善铣削稳定性。本文研究结果对淬硬钢Cr12MoV铣削工艺参数的优化具有一定的参考价值。     

磨粒叶序排布砂轮磨削筋条表面力的表面效应

为了探索筋条表面磨削过程中,磨粒叶序有序化砂轮的磨削力对工件表面几何形貌的影响规律,首先,根据筋条减阻表面的特征参数,设计能够实现筋条减阻表面加工的磨粒叶序排布砂轮;其次,建立筋条减阻表面磨削过程的简化模型,对工件表面形貌进行力学仿真;最后,研究磨削速度、磨削深度、磨粒角度、排布参数等对筋条表面几何形状的影响规律。结果表明,磨削速度增大时,工件表面材料的隆起变形高度随磨削力的减小而增大;磨削深度增大时,材料的隆起变形高度随磨削力的增大而减小;磨粒角度增大时,材料隆起变形高度随磨削力的增大,先增大后减小;而在叶序系数增大过程中,材料隆起变形高度随磨削力的增大而增大。     

基于切削振动的铣削表面形貌仿真与试验研究

零件的表面形貌是机械加工质量的重要组成部分,为了实现对精密铣削表面形貌的准确预测,在铣削工艺过程中提出了一种基于切削振动小波包分析和频谱分析的表面形貌仿真方法.首先以球头铣刀为研究对象,建立工件坐标系下切削刃随时间变化的运动轨迹模型,然后把实测振动信号通过小波包分析和频谱分析处理后得到的振动方程带入其中,最后利用Mat...     

高速铣削半圆弧工件表面形貌的仿真

在高速铣削情况下,利用平面刃球头铣刀沿半圆弧路线进行加工,对加工后的表面形貌进行理论建模与仿真。给出在空间三维切削时刀具切削刃的运动轨迹数学模型,并借助该模型给出球头刀切削半圆弧工件表面形貌的仿真算法。     

大悬伸状态加工水室封头重型铣削振动分析

针对大悬伸状态下加工水室封头产生的重型铣削振动,以重型铣削水室封头现场加工实验为基础,分析重型铣削振动产生的原因,并根据现场实验对工件已加工表面形貌进行对比分析。建立重型铣削刀具偏心跳动模型、刀具与主轴系统的轻微变形模型和进给系统刚度的模型,分析其对重型铣削瞬时切削厚度的影响,同时建立重型铣削力数学模型和铣削轨迹模型。分析重型铣削系统振动影响因素及规律,振动模型预测结果与实验结果吻合较好。该工作为进一步研究重型铣削振动特性提供依据。