球头铣刀曲面加工的刀具切触区域解析建模

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种刀具切触区域仿真的通用解析模型。采用微分方法,将曲面加工过程离散为一系列连续的微小斜平面稳态加工。以每一小斜面切削过程为研究对象,建立描述刀具进给方向变化的数学模型,针对不同的进给方向并基于空间坐标系旋转变换,提出一组确定刀具切触边界曲线及各边界交点的解析公式,以精确界定刀具切触区域的封闭几何。通过与Z-Map模型的切触区域仿真对比,验证了本文模型的有效性及其精确高效的特点。     

浅谈球头铣刀加工曲面时刀具路径的优化

文章首先分析了球头铣刀的铣削参数和铣削方式,其次,以平行走刀精加工刀具路径为例,从行距、步长、曲面分区加工、切入点和切出点确定、行间和层间附加圆滑转接等方面对刀具路径的优化进行了较详细的说明,文章结论对加工复杂的模具曲面有一定的指导意义.     

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。     

球头铣刀加工曲面微单元理论建模与实验验证

针对球头铣刀已加工表面特有的“小凹坑”微单元结构,结合表面形貌几何参数对应的数学关系,求解了微单元特征参数及特征线表达式;结合实验结果修正了微单元特征参数并验证了其准确性,进而建立了曲面微单元三维仿真形貌。研究结果表明：修正后曲面微单元宽度相对误差为1.88%,长度相对误差为7.60%,验证了所建理论模型的准确性。     

球头铣刀刀具磨损建模与误差补偿

针对刀具磨损度量方式和模型建立的问题,以球头刀具为研究对象,提出球头铣刀刀具磨损的度量方式,建立球头刀具磨损模型.以复映磨损在硬度较软加工材料上的方式测量球头刀具磨损,确定刀具磨损模型系数,给出刀具磨损模型系数确定的具体实现方法.加工试验验证球头刀具磨损度量方式的合理性和所建立刀具磨损模型的正确性,同时针对数控铣削加工中球头铣刀刀具磨损引起的误差提出离线仿真误差补偿算法,给出离线仿真误差补偿算法的具体实现步骤,通过建立的刀具磨损引起的加工误差模型仿真获得加工走刀步的误差.对于误差超差的走刀步,预先修改数控加工(Numerical control,NC)程序,保证实际加工零件满足精度要求.误差补偿验证试验表明所提出的离线仿真误差补偿算法的正确性和有效性.     

球头铣刀加工曲面时行距的确定

介绍了在曲面加工中采用球头铣刀精加工时行距确定的计算方法,为行距的确定提供了正确的理论推算方法.     

球头铣刀三维曲面加工的铣削力预报

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种考虑进给方向和刀具切触界面任意变化的铣削力预报方法。基于微分的思想,将曲面加工中单个齿频周期内的切削过程看成是切削条件恒定的微小稳态加工,进而将整个三维曲面加工视为一系列微小稳态加工的组合。根据各微小稳态加工的始、末刀位点坐标,建立进给转向角和进给倾斜角模型,刀具切触界面应用基于逻辑数组的Zmap方法确定,并修改了未变形切屑厚度模型的参数,使其适应三维曲面加工中刀具切触界面和进给方向的任意变化。分别进行凸圆弧曲面、凹圆弧曲面和自由曲面三个铣削加工试验,数值计算及试验测量结果表明,提出的方法能够很好地描述曲面加工中进给方向及刀具切触界面的变化,预报的铣削力和试验测量结果在幅值和变化趋势上都吻合良好,从而验证了该铣削力预报方法的有效性。     

球头铣刀加工空间曲面刀位的计算

介绍了用球头刀加工非圆曲面时刀位的计算方法及空间曲面数学模型的建立方法，分析了用直线段法逼近非圆曲面时加工误差的分布状况。     

高精度大型曲面铣刀代替球头铣刀

大型曲面的铣削加工,通常使用的刀具是四齿螺旋球头铣刀(如图1)。刀体为高速钢,球头刀刃要求保持在同一R球面上,刃磨难度大,而且精度不易提高,球头横刃宽,加工光洁度也差。若单件小批生产,不同类型的零件型面曲率不同时,球头半径R也要作相应变化,需配备一批不同“R”的球头铣刀,显然是不经济的。为此,设计了一组曲面铣刀(见图2)来代替球头铣刀,不仅加工光洁度好,精度高,并且刀具结构简单,成本低,制作也容     

改进的球头铣刀加工表面形貌建模方法

为解决传统时间步形貌模型存在的刀刃微元尺寸和切削时间离散步长对工件网格尺寸依赖性强、计算效率低、计算精度差等问题,提出一种改进的时间步形貌模型.首先,基于5轴铣削加工中刀具与工件之间的相对运动关系,运用齐次坐标变换原理建立刀刃扫掠面方程.其次,基于刀具不同倾斜角时与工件的接触关系,建立了切入刀刃模型.然后,根据刀刃微元...     

考虑刀具变形的球头铣刀铣削力建模与仿真

提出了准确识别参与切削的切削刃段的实体造型方法；基于铣削力与切削负载之间的经验关系，建立了三分量的球头铣刀铣削力模型；通过将刀具简化为一个悬臂梁结构，给出了刀具变形计算公式；从刀具变形对刀齿切削路径影响的几何关系出发，推导了三维进给运动下的瞬时切厚表达式。在此基础上，开发了完整的球头铣刀三轴铣削过程铣削力仿真系统。仿真计算和试验结果表明了模型及算法的正确性。     

复杂曲面通道多轴加工的刀具选择方法

针对复杂曲面通道零件多轴加工的刀具优化选择问题,提出一种基于点可行空间分析的刀具选择方法。分析了复杂曲面通道多轴加工刀具运动的几何约束,利用临界约束条件对通道加工的临界刀轴进行求解。通过分析单点可达区域与球头刀可行摆刀域之间的关系,提出一种无碰撞干涉条件下的最大刀具直径选择方法;在此基础上,通过对可行摆刀域内刀轴矢量的优化,获得了刀具直径最大条件下的最短刀具长度。以整体叶轮的五轴加工为例,对该方法进行了分析与验证,给出了叶片曲面上最大刀具直径与最短刀具长度的变化情况,并对不同刀具直径的加工效果进行了对比分析。结果表明,本文方法能获得复杂曲面通道类零件多轴加工的最大刀具直径、最小刀具长度,可显著提高该类零件的加工效率及加工稳定性。     

球头铣刀刀具姿态对钛合金加工表面完整性的影响

球头铣刀铣削薄壁试件时,刀具姿态对加工表面完整性有着重要的影响。通过试验研究了刀具姿态对钛合金表面粗糙度、残余应力场、显微硬度场和微观组织的影响规律。研究结果表明水平向上走刀方式获得的表面质量优于垂直向上走刀方式;在水平向上走刀方式下,刀轴倾角为40°时获得的表面质量较优。     

球头铣刀多轴铣削的刀具与工件切触区域实时计算方法

球头铣刀多轴铣削自由曲面的切触区域计算是研究铣削过程需要解决的首要问题.提出了一种基于图形处理器(GPU)并行计算的切触区域实时计算方法.首先,给出了刀具与工件切触区域实时计算的基本流程.其次,论述了数控程序译码和插补的模拟算法,推导了插值计算刀具位置和位姿的表达式,设计了面向确定切触区域的基于GPU并行计算的布尔运算算法.然后,建立了筛选切触区域点集的数学模型,给出了重建切触区域表面的并行计算方法.最后,开发实现了切触区域计算的相关算法/方法.以叶轮开粗铣削为例进行了切触区域仿真计算,并与实体仿真方法的计算结果进行了对比分析.结果表明:文中方法具有较好的可行性、准确性、实时性,以及较高的精度.     

球头铣刀多轴铣削加工的切削刃微元点轨迹模型

切削刃微元点轨迹是描述瞬时未变形切削厚度的基础,瞬时未变形切削厚度是铣削力预测的关键.为此,针对球头铣刀多轴铣削加工过程,建立利用位置矢量来准确描述切削刃微元点的轨迹模型.首先,通过建立工件和刀具瞬时坐标系的空间变换模型来描述刀具的位置和位姿;然后,在此基础上结合球头铣刀切削刃的几何特点建立切削刃微元点的空间位置矢量,并进一步推导描述切削刃微元点轨迹的矢量形式;最后,利用C++编程语言和OpenGL图形接口实现切削刃微元点轨迹仿真,并通过对比分析仿真结果与跟踪球头铣刀1∶1三维模型上标记点的位置数据,验证了切削刃微元点轨迹模型的正确性.     

数控铣削加工中球头铣刀使用寿命仿真建模研究

本文介绍了仿真建模技术的基本概念,分析了球头铣刀铣削过程中铣刀磨损为非均匀磨损,刀具使用寿命沿铣刀轴线方向,随铣削参数及铣削方式的变化而变化;采用微分化方法,建立了球头铣刀使用寿命仿真数学模型,实现了球头铣刀使用寿命的仿真预测;球头铣刀使用寿命仿真数学模型为建立合理、准确的数控铣削用量,实现数控铣削加工的参数优化提供了可靠的保证。     

五轴数控加工中多刀加工自由曲面的刀具选择

针对自由曲面的五轴数控加工，提出一种新的刀具选择方法，此算法可以自动地选择出最优刀具组合，每个刀具对应一个或多个特定的加工区域。多刀具组合的加工方法既可以保证加工曲面的精确性，又可以实现大刀具的高效加工。此外，还提出了种五轴教控加工时间的近似算法，通过对比用刀具组合加工时间和单个刀具加工时间，从而证明了该方法的有效性。     

二轴联动数控加工球头铣刀的虚拟制造模型

分析了三种不同定义的螺旋刃口曲线的异同和与优劣 ,给出了二轴联动数控加工时不同截形的螺旋沟槽球头铣刀的刃口、沟槽及砂轮截形、相对进给速度等设计模型 ,并通过实得沟槽及计算机模拟结果进行了验证 ,认为借助该模型可获得较理想的球头回转铣刀。