车削过程切削力的计算机数值仿真

切削力是表征切削过程最重要特征的物理量,其动态变化将直接影响加工过程中刀具与工件的相对位移、刀具磨损和表面加工质量等,所以对切削力建模是进行加工过程物理仿真研究的基础。因此在基于实时工况的切削实验研究基础上,考虑切削参数的因素,利用BP（back pmpagation）神经网络建立车削过程中的切削力的仿真模型。通过大量的样本训练,使神经网络能够对切削力进行较准确地数值仿真。     

超声振动车削TC4钛合金的切削性能研究

为了探究超声振动车削过程中切削力和切削温度的变化规律,使用Third Wave Advant Edge切削仿真软件,基于POWER-LOW本构模型和ALE网格划分方法建立TC4钛合金车削加工的有限元模型,获得传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化情况。结合超声振动车削中刀具切削速度和位移变化规律,对传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化规律展开对比分析;探究超声振动车削中的工件进给速度、刀具振频和振幅对切削力的影响规律,实现各加工参数的最优组合,为实际加工提供参考。     

高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

再生型颤振是制约高速铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。以高速铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了高速铣削颤振稳定域的解析解。最后,进行了零件颤振稳定性铣削加工实验,实验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振稳定性解析模型的正确性。     

柔性零件车削振动系统建模与实验

由于刀具进给运动致使工件系统所受切削力的位置实时改变,根据实际车削加工过程,建立柔性工件颤振动力学模型,得到工件车削时系统的时变稳定性极限图。考虑在加工过程中主轴?卡盘、顶尖?尾座对工件的影响,建立实际切削系统的主轴?卡盘?工件?顶尖有限元模型,研究工件在不同位置的刚度分布和不同支承条件下固有频率的变化规律,并开展相应的车削实验。研究结果表明：工件刚度在不同切削位置具有时变性,在中间靠近顶尖位置刚度最低;增大主轴、顶尖支承刚度可在一定程度上提高系统固有频率,改善系统动态特性。切削实验表明,柔性工件在车削状态下通常经历稳定?颤振?再稳定的变化过程,在中间靠近顶尖位置容易发生颤振,轴心轨迹发生混乱。实验结果与理论有限元模型计算结果基本吻合,该模型可用于指导实际柔性工件的车削加工。     

PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169再生颤振仿真与试验研究

针对PCBN刀具车削镍基高温合金GH4169中颤振对加工效率和质量的影响,建立一种根据切削参数有效判定切削状态的方法。首先建立了二自由度外圆车削再生颤振模型,然后利用锤击法对数控车床的刀具系统进行模态试验,测定了1阶频率、模态阻尼、模态刚度、模态质量等模态参数;设计了二自由度外圆车削再生颤振MATLAB/Simulink仿真模型,根据仿真结果预测了稳定极限切削深度和颤振的主振方向。最后利用PCBN刀具进行变切深试验。试验结果表明,仿真模型正确。     

基于B样条曲线建模预测复杂型面动态车削力

针对复杂型面切削中斜角切削剪切滑移变形的切削力模型的局限性,建立了基于刀具—工件接触区域动态特性的切削力预测模型。通过分析复杂型面车削中动态接触区的多种情形,采用B样条曲线插值参数化的方法构建刀具—工件接触区域动态边界的统一数学模型,基于该模型计算切削层面积、接触刃长度和摩擦力方向角等模型参数。利用直线车削试验确定预测模型的切削力系数和刃口摩擦系数,对包含有凹形型面、凸形型面和圆柱面的复杂型面车削进行了切削力预测,预测结果与实际测量相比误差在10~15%以内,验证了所建模型的可行性和准确性。     

薄壁环形工件车削颤振有限元分析及试验研究

为了避免薄壁环形工件在车削时发生颤振影响加工质量,采用有限元仿真和试验验证结合的方法进行研究。利用ABAQUS软件提取不同壁厚下工件的模态参数,对工件振动规律进行分析;通过锤击试验测量工件模态参数并进行验证,通过数值仿真生成稳定性叶瓣图,结合车削试验对工件振动规律进行验证。研究结果表明,随着工件厚度变小,工件固有频率随之变小,对激振响应更敏感;越靠近自由端,工件刚度越低,车削稳定性越差,容易出现车削颤振现象。该项研究为薄壁环形零件车削时参数的合理选择与车削颤振的控制提供参考。     

车削Inconel 625锯齿形切屑形成对颤振影响的试验研究

为研究高温合金Inconel 625车削过程中锯齿形切屑的产生对颤振的影响,本文通过有限元软件对车削刀具、机床主轴等部件进行模态仿真,获取对应的模态频率;进行不同切削参数的车削试验,采集加速度信号并进行频域分析以获取其FFT功率谱。通过超景深显微镜观察切屑形态,并计算不同切削参数下的切屑锯齿化频率。对比仿真和试验结果发现:当切屑锯齿化频率接近于车床某部件的主振频率时,产生了较大的颤振峰值,这说明锯齿形切屑的产生会诱导切削颤振发生,对切削过程稳定性产生了不利的影响。     

多硬度拼接淬硬钢铣削动力学分析

颤振是金属切削加工过程中由于刀具和工件之间相互作用所产生的一种强烈的自激振动现象,会导致切削力幅值增加且发生剧烈波动,进而降低工件表面质量和刀具使用寿命。针对此问题,基于铣削过程稳定性预测分析方法建立多硬度拼接工件的动态铣削系统,对多硬度拼接模具铣削过程稳定性进行深入研究,实现了对拼接模具铣削加工过程颤振稳定域的仿真,进而研究了模态参数对稳定性叶瓣图形状的影响。最后通过时域分析、表面形貌和刀具磨损的研究,综合验证了稳定性预测曲线的精度。研究结果为多硬度拼接模具铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来实现金属最大切除率,为大型汽车覆盖件模具铣削加工提供理论依据及技术指导。     

薄壁筒件内孔车削振动建模与分析

分析了车削薄壁筒件内孔表面时影响振动的主要因素,以切削加工中工件过渡表面的法线方向为建模方向,重点考虑车削加工中动态切削力的影响,依据振动基本理论建立了薄壁筒件动态车削过程的振动模型方程,通过对方程的数值分析探讨加工过程中的振动问题。分析结果表明:切削用量三要素对动态切削力的影响起主导作用,进而对切削振动产生较大影响。刀具主偏角对动态切削力也有一定影响,车削产生的振动与主偏角之间是非线性的关系。这些结论为薄壁筒件加工中的振动研究提供有益的参考。     

螺旋铣孔工艺的切削稳定性及工艺参数规划

以螺旋铣孔工艺时域解析切削力建模、时域与频域切削过程动力学建模、切削颤振及切削稳定性建模为基础,研究了螺旋铣孔的切削参数工艺规划模型和方法。切削力模型同时考虑了刀具周向进给和轴向进给,沿刀具螺旋进给方向综合了侧刃和底刃的瞬时受力特性;动力学模型中同时包含了主轴自转和螺旋进给两种周期对系统动力学特性的影响,并分别建立了轴向切削稳定域和径向切削稳定域的预测模型,求解了相关工艺条件下的切削稳定域叶瓣图。在切削力和动力学模型基础之上,研究了包括轴向切削深度、径向切削深度、主轴转速、周向进给率、轴向进给率等切削工艺参数的多目标工艺参数规划方法。最后通过试验对所规划的工艺参数进行了验证,试验过程中未出现颤振现象,表面粗糙度、圆度、圆柱度可以达到镗孔工艺的加工精度。     

车削物理仿真工件表面质量模型的研究

分析了动态车削过程中工件表面粗糙度的影响因素,建立了由切削材料微观硬度差异为主要干扰因素的车削动态物理仿真系统的工件表面质量分析与预测模型,并且就具体零件的物理仿真过程给出了工件表面质量仿真的输出结果。     

加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制

为解决内部车削再生颤振以及加工误差问题,提出了一种基于加工误差补偿的内车削再生颤振辨识与鲁棒控制方法。首先通过第一分量法实现了切削力模型参数辨识。然后利用上一步确定的切削力模型参数,综合考虑与颤振再生特性相关的时滞项,以及切削力和柔性镗杆模型的不确定性,设计了一个鲁棒稳定控制器用于解决内部车削过程中再生颤振控制的关键问题。进一步前馈项来消除杆端偏转,有效实现了加工误差补偿。最后通过模拟内车削过程的实验证明提出方法可以得到切削系数和重叠因子的合理估计,并且可以提升切削过程颤振抗扰度,降低了切削力直流分量引起的柔性杆挠度误差。     

TC4表面精整车削三维仿真与验证

为了分析无心车床精整车削钛合金线材过程中切削速度、进给速度、切削深度对切屑形貌、切削力和残余应力的影响,使用仿真模拟软件ABAQUS建立基于无心车床的三维有限元精整车削模型,并且通过试验设计与仿真结果进行对比分析。车削钛合金的过程中,高转速会形成较短的C形屑,有利于切屑的分离与断裂。由于主轴转速的增加,工件与刀具之间摩擦力降低,切削力随着主轴转速的增加而减小。由于进给速度增加,每转进给量随之增加,工件去除量增加,随着进给速度的增加切削力也随之增加。由于切削深度增加,切削去除量不断增加,因此切削力随切削深度的增大而增大。车削钛合金的过程中需要提高转速来降低切削力,有利于切削过程。同时进给速度较小时,易于生成C形屑,有利于车削过程。     

应用经济型数控车床研究不锈钢车削力和加工质量

应用经济型数控车床加工SUS304不锈钢,研究切削过程中刀具各个方向受力以及零件加工表面的粗糙度分布趋势。采用单因素试验方法设计车削力试验,并记录加工过程中的切削力以及对应参数下获得的零件表面粗糙度。研究发现,不锈钢切削时,切削力和粗糙度都随着主轴转速增加而略有增大,随着进给量和切削增加而明显增大,并且切削力和粗糙度之间存在弱负相关关系,两个指标都与材料去除率呈正比例变化。     

一种基于稳定性图的车铣复合机床切削稳定性研究及优化

为提高车铣复合机床的切削稳定性,避免切削过程中的颤振问题,文中以稳定性叶瓣图（以下简称稳定性图）为基础,研究了切削微型零件过程中的颤振问题。通过对车铣复合机床机构和机床模型的分析,得到了机床动态振动模型和机床颤振的数学模型。同时通过锤击试验方法,得到了刀具与工件系统的传递函数,构建了车铣复合机床的稳定性图。最后对机床主轴部件、机床后轴部件和高频铣削部件的稳定区间进行了研究,该实验研究结果指导和优化了车铣加工切削微型零件的参数选择。     

微铣削再生颤振动力学建模及稳定性分析

再生颤振是制约微铣削加工效率和加工质量的主要因素.以微铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了颤振稳定域解析解.最后进行了颤振稳定性加工实验,实验结果与仿真结果吻合良好,验证了建立的微铣削颤振系统动力学模型和颤振稳定域解析模型的正确性.     

基于四阶矩法车削颤振可靠性研究*

再生颤振是影响加工质量、加速刀具磨损、刀具破坏的主要原因。以车削加工为研究对象,针对具有不确定参数的车削加工颤振预测问题,研究车削加工系统结构动态特性参数具有随机特性的情况下颤振可靠性建模及求解问题。定义车削加工过程不出现颤振的概率为颤振可靠度,建立车削加工系统可靠性模型,研究四阶矩法求解可靠度的问题,提出利用颤振可靠性叶瓣图方法进行颤振预测。通过模态试验对一车床进行频响函数测试,采用四阶矩法计算获得了颤振可靠度,并与蒙特卡洛法获得的可靠度相比较。结果表明四阶矩法计算获得的可靠度与蒙特卡洛仿真结果一致性很好,但是四阶矩法计算精度高而且计算耗时远小于蒙特卡洛法。进行颤振可靠性切削试验,通过观察振纹和分析噪声功率谱识别颤振,对典型参数进行验证,试验结果与分析结果一致。     

基于数值模型的数控加工中切削力与稳定域仿真

针对数控铣削加工工艺参数选择存在的问题,以球头铣刀高速铣削过程为研究对象,建立了考虑机床-刀具-工件系统振动的非线性动力学模型,分析了铣削力中的动态分量对切削颤振的影响,在考虑再生颤振的基础上建立非线性动力学模型.基于动态铣削力建模和颤振稳定域分析计算,提出了机床切削系统稳定性极限预测方法,并对其进行仿真分析,为铣削加...     

基于MATLAB/Simulink再生车削颤振仿真研究

首先建立了再生型外圆车削颤振模型,对该模型进行了理论分析,阐明了含重合度不为1的条件下颤振瓣图的绘制过程。随后通过锤击法对某型号数控机床的刀具系统进行模态测试,获得其刀具系统在进给及吃刀方向的传递函数,并获得其模态参数作为仿真参数,借助与MATLAB/Simulink对颤振模型进行数值仿真。仿真结果表明,随着进给量的降低,重合度随之增大,再生效应即增大,导致稳定极限切深减小。同时,颤振仿真是在机床主轴转速较高的条件下进行的,忽略了过程阻尼的影响。仿真结果对于颤振的预测、监测研究具有一定参考意义。