超声振动精密深孔镗削试验研究

通过超声振动深孔镗削试验,研究了超声振动镗削时切削速度、进给量和背吃刀量对加工精度和表面粗糙度的影响规律,分析了精密深孔超声振动镗削时的切削机制.     

超声激振双刃镗刀精密深孔镗削的试验研究

通过切削试验研究了超声激振双刃镗刀镗削深孔的过程和效果,分析了超声激振双刃镗削的切削机理,讨论了切削参数对加工表面粗糙度的影响规律。     

基于变结构刚度的精密孔镗削颤振抑制新方法

精密孔镗削过程中容易出现颤振现象,它会导致加工精度低和表面质量差等问题。为了解决此问题,首先针对镗削过程中最为常见的再生型颤振建立了动力学模型,并在此基础上,分别讨论了主轴变速方法和变结构刚度方法对切削颤振的抑制机理,对比两种方法发现：它们的抑振机理异曲同工,但是,变结构刚度方法能够避免主轴变速法对刚性较低的切削系统不适用的缺点。其次,为了能对精密孔镗削过程施加变结构刚度法来抑制颤振,本文设计制作了一种基于磁流变液的智能镗杆,通过调节外加磁场强度的大小实现刚度和阻尼特性参数的无级变化,改变机械系统的动态特性,从而达到抑制颤振的目的。最后在车床CA6140上搭建了磁流变智能镗杆的颤振抑制实验系统,通过一系列的实验发现：该方法能够快速高效的抑制镗削过程中产生的颤振,并且使加工表面的粗糙度从Ra 10μm降至Ra 1.5μm,大幅度提高了加工表面质量。     

深孔镗杆在推镗和拉镗时的ANSYS受力分析

深孔镗削是提高深孔加工精度的一种方法,它能校正己有孔上的缺陷,如圆度误差、直线度误差,从而获得良好的几何精度和表面粗糙度。深孔镗削的加工方式、运动形式、镗刀的轨迹方程和对镗削的受力分析是深孔镗削加工中各不稳定因素的渊源,在深孔镗削过程中,运用合适的镗削方式可以减小切削系统的振动。针对多刃均布式深孔镗刀,在推镗和拉镗方式下进行受力分析,并利用PRO/E建立镗杆几何模型并生成中性几何文件,通过ANSYS有限元法,计算出推镗和拉镗时镗杆产生的挠度以及最大应力应变曲线,将二者结果进行比较,证明在细长管时拉镗加工的优势。     

细长孔阻尼抑制深孔镗削颤振的研究

针对深孔镗削加工中的颤振问题,设计了一套具有多个细长孔的双镗杆刀具系统结构,通过细长孔阻尼作用,抑制镗削加工过程中刀具系统的颤振。根据流体力学环形间隙流动以及细长孔阻尼理论,建立双镗杆刀具系统结构的数学模型,利用MATLAB进行数值模拟;利用Fluent软件对双镗杆刀具系统结构的内部流场进行仿真,得出流场域的阻力系数增大;建立镗削过程中的振动模型,运用Simulink对其进行动力学仿真得到振动时域图,直观显示了切削液流经具有多个细长孔的阻尼通道能有效抑制深孔镗削过程中的颤振。     

枪钻导流面后角对切屑性能的影响研究

枪钻加工是实现深孔加工的重要技术手段,由于孔径较大,在枪钻加工过程中,经常遇到排屑困难以及孔加工质量差等问题。而枪钻导流面作为与V型槽连接的最后一个刃磨平面,其作用往往被忽视。通过研究不同切削参数下钻削加工42CrMo合金钢材料时导流面后角对切屑、刀具磨损以及钻孔质量的影响,以被加工孔的表面粗糙度、圆度和孔径误差为指标对孔加工质量进行评价。     

基于经验模态分解和希尔伯特-黄变换的精密孔镗削颤振特征提取

针对精密孔镗削加工过程中容易出现颤振现象,影响精密孔的表面质量问题,建立了镗削加工的监测系统,对镗削颤振信号进行特征提取,以实现对镗削颤振的快速预报。首先,根据颤振信号的时频特点,将经验模态分解(EMD)和希尔伯特-黄变换(HHT)引入颤振特征提取过程,并介绍了其基本原理及具体实现过程。然后,在线拾取镗杆的振动信号,并对振动信号进行EMD分解和HHT变换。最后,通过对各本征模态函数分量的Hilbert谱分析,提取出了颤振发生的征兆特征。实验结果表明,利用EMD和HHT对镗削振动信号进行特征提取,可以在颤振形成之前0.5s得到颤振爆发的征兆,为后续的颤振抑制工作赢取时间,进而确保精密孔的表面加工质量。     

实用化振动切削技术——深孔振动铰削工艺及装备

难加工材料的铰削加工是困扰企业生产的难题。本文研制了一种深孔低频振动铰削系统，并在该系统上进行了振动铰削和普通铰削的对比试验。试验结果表明，振动铰削从根本上抑制了积屑瘤的形成，避免了已加工表面的犁沟和鳞刺；振动铰削的表面粗糙度砌比普通铰削至少提高了3级，振动铰削的表面粗糙度Ry不到普通铰削的1／5，振动铰削使孔的已加工表面均匀一致，显著提高了深孔的表面质量。     

不分离型超声椭圆振动切削试验研究

超声椭圆振动切削在分离切削区能够有效地降低切削力、抑制加工过程颤振、提高零件表面加工质量和延长刀具的使用寿命,为此已成功地应用于精密和超精密加工领域.为更充分发挥超声椭圆振动切削技术的优势,拓宽其应用领域,在深入分析椭圆振动切削过程和表面微观形貌形成机理的基础上,通过具体的切削试验验证超声椭圆振动切削在不分离区仍然具有降低切削力、抑制加工颤振、降低已加工表面粗糙度等优势特性.同时,不分离型超声椭圆振动切削的加工效率是分离型椭圆振动切削的2～3倍,进一步提高超声椭圆振动切削的加工效率.但是,这些特性在不分离切削区随着速度系数的增加而逐渐减弱,当速度系数大于3以后,这些切削优势特性基本消失.     

6061铝合金径向超声振动车削的表面完整性研究

为研究径向超声振动参数及切削参数对车削6061铝合金表面残余应力、表面粗糙度以及表面形貌的影响,采用与普通车削进行对比的方法对6061铝合金进行纵向超声振动切削试验。结果表明:与普通车削相比,径向超声振动辅助车削能显著提高零件加工表面的残余压应力;在两种切削方式下,表面残余压应力均随切削速度的增加而增大;在相同切削参数下,随着径向超声振幅的增加,6061铝合金加工表面的残余压应力变大;与普通车削相比,径向超声振动车削使工件表面的粗糙度变大,并且伴随振幅的增加,表面粗糙度呈上升趋势;通过对加工表面的三维形貌进行观测发现,超声振动辅助车削能有效抑制传统车削加工中的积屑瘤和鳞刺等表面缺陷,并显著提高加工表面质量。     

小直径深孔超声振动钻削装置的设计

超声振动加工是一种先进的加工工艺方法,是在加工过程中给工具或工件沿一定方向施加一定频率的超声振动。将超声振动用于精密或超精密加工,特别是在超硬材料、复合材料等难加工材料方面有着突出的优越性,具有低切削力、低切削温度、好的表面粗糙度。基于高频振动切削原理,针对小直径深孔的精密及超精密加工问题,设计了超声振动钻削装置。对难加工材料钛合金进行钻削实验,并对实验结果和数据进行分析。     

飞机交点孔超声椭圆振动精密加工技术

针对常规方法加工30mm以上的飞机翼身交点孔存在动力不足、孔径精度差和表面质量不高等问题,采用超声椭圆振动镗削的方法,研制了超声椭圆振动镗削装置,并对30mm以上不同材料的翼身交点孔进行了镗削加工,取得了很好的工艺效果,充分体现了超声椭圆振动镗削技术在飞机交点孔加工中的优势。     

超声波振动切削在双金属孔加工中的应用研究

在分析普通方法加工双金属孔时精度难以保护保证的原因的基础上，根据超声切削刚性化效应及室温切削效应，提出应用超声精镗双金属孔的设想，在自行研制的超声精镗装置上进行了铝合金－铸钢组成的双金属孔的镗削试验，结果令人满意。     

Development of a novel boring tool with anisotropic dynamic stiffness to avoid chatter vibration in cutting: Part 1: Design of anisotropic structure to attain infinite dynamic stiffness

This paper presents a novel design method of the anisotropic structure to attain infinite dynamic stiffness to avoid chatter vibration in boring operations. Because a long and slender tool is used for boring operations, the stiffness of the tool holder is likely to decrease, resulting in low chatter stability. Although it is difficult to improve the stiffness of the boring holder itself, the nominal dynamic stiffness for the cutting process can be improved by designing an appropriate anisotropy in the dynamic stiffness of the boring tool. In this study, we formulate a theoretical relationship between the mechanical structural dynamics and chatter stability in boring operation and present the basic concept of tool design with anisotropic structure. In the actual tool design, ideal anisotropy may not be realized because of the influence of design error. Therefore, an analytical study was conducted to clarify the influence of the design error on the vibration suppression effect. Analytical investigations verified that the similarity of the frequency response functions in the modal coordinate system and the design of the compliance ratio according to the machining conditions are important. Furthermore, we designed a boring tool with an anisotropic structure which can achieve the proposed anisotropic dynamics. The frequency response function was evaluated utilizing FEM analysis. The estimated anisotropic dynamics of the proposed structure could significantly improve the nominal dynamics for boring operations.     

CFRP/TC4叠层材料低频振动钻削试验研究

低频振动辅助切削技术是基于传统切削给刀具加上有规律并可控的振动,从而达到减小切削力、提高加工精度和延长刀具寿命的目的。将低频振动辅助切削技术应用到CFRP/钛合金叠层材料制孔中,在孔径、孔壁粗糙度和入口质量等制孔质量方面与传统钻削进行对比试验研究。结果表明,振动钻削在制孔质量上具有明显的优势。     

两刀片固定镗刀块切削加工的力学模型

镗削加工的质量主要取决于镗后孔表面残留下的进给印痕,它受镗刀块上刀片的径向和轴向摆差、以及镗刀块与孔中心线间的错位量的影响。首先找出切削层面积及刀刃与切屑接触长度,然后分别乘相应系数,然后考虑镗刀块上每一刀片的安装错位所引起的径向和轴向摆差,导致切削负荷的不规则分布,以及镗刀块的轴线与孔轴线错位量导致切削力不平衡引起的振动,进而影响孔的质量。在此基础上建立了镗削加工的力学模型,可有效计算和解决上述问题,有助于提高镗削加工的质量。     

AZ91D压铸镁合金超声振动钻削实验

镁合金材料由于特殊的物理性能,传统的机械加工方法很难保证要求的精度和质量,具有一定的局限性。介绍了超声振动钻削镁合金材料的加工机理,通过改变切削速度、进给量、振幅等加工参数,对比分析了超声振动钻削与传统钻削加工工件的孔直线度、孔扩量、毛刺高度、粗糙度、切屑等试验结果,得出超声振动钻削具有较好的加工表面质量和加工效率,对研究镁合金的深加工具有重要的意义。     

用于切削颤振机理分析的在线测量系统

金属切削加工中产生的自激振动对加工质量和表面质量均会产生很大的影响,有时甚至使加工无法进行。利用Delphi,开发出了一套在线测量系统,对切削颤振的机理进行了研究。通过实时采集切削过程中与颤振相关的各种数据,并采用FFT（快速傅立叶变换）技术对切削颤振的频率及功率谱进行计算分析,同时结合李萨如图形对颤振能量消减情况进行跟踪显示,在此基础上对自激振动的谐振频率及主要影响因素进行分析,为寻求相应的消振措施提供必要的理论依据。