五轴加工中进给速度的多约束自适应控制策略

提出一种面向五轴铣削加工的球头刀几何与力学模型,采用该模型对加工速度进行优化,整个规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化;在虚拟环境中仿真五轴铣削加工过程,将其结果存储在刀路中的每个位置点上,通过PI控制器调整进给速度,使机床工作在多个约束条件的最大范围值以内,并采用时变增益和1个时间常量将优化过程递归拟合为一阶过程.整体叶轮粗加工实验结果表明,与传统经验值的方法相比,采用自适应优化进给速度后,零件的加工时间减少了约45%.     

环形刀3轴铣削小曲率面的刀具切触几何分析

针对球头刀在3轴或3+2轴机床加工小曲率面存在效率低的问题,对使用环形刀加工汽车模具的相关问题进行了研究.为有效分析刀具的铣削性能,提出以刀具单次独立切入工件的有效切削带宽代替加工带宽.基于几何切触关系,分别分析了环形刀与球头刀和曲面刀触点处的切削速度,并提出基于刀具切入工件部分在刀触点切平面内的投影,建立3轴铣削条件下有效切削带宽与刀具、曲面坡度、切深、进给方向等参数间的数学模型,为环形刀在3轴加工中的刀路优化提供依据.小曲率面加工实验表明:与球头刀相比,环形刀可提高加工效率27.27%,并能够抑制毛刺的产生,且具有较好的表面质量.     

机器人铣削加工稳定性影响因素

机器人铣削加工时容易发生模态耦合颤振,对刀具和机器人本体造成伤害,从而导致机器人定位精度降低.为了研究机器人铣削加工稳定性的影响因素,进行大量的铣削加工实验,研究主轴转速、轴向切深、进给速度、刀具悬长、顺逆铣以及切削材料等因素对于机器人铣削加工稳定性的影响.结果表明:在一定范围内,主轴转速越低、进给速度越快、轴向切深越大、刀具悬长越短、采用逆铣、材料硬度越大越容易导致模态耦合颤振的发生,且主轴转速和刀具悬长对于模态耦合颤振影响显著.     

基于田口设计法的数控铣削加工参数优化

考虑铣削过程中刀具磨损与环境温度两个因素,该文研究了数控铣削过程中切削深度、进给速度和主轴转速三个主要参数对铣削后的工件表面粗糙度的影响规律。通过对实验数据的分析,基于田口设计法研究了各因子在不同水平下的表面粗糙度与信噪比的变化特征,分析了不同铣削参数对工件表面粗糙度的影响程度,从而获得了优化铣削参数。实验结果表明,在该实验条件下对工件表面粗糙度影响程度的大小依次为主轴转速、进给速度和切削深度,采用最优铣削参数能达到的最小粗糙度值为0. 8μm。研究方法对优化数控铣削加工参数具有参考意义。     

面向球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识

提出了一种适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力系数辨识方法.首先,将剪切力系数考虑为轴向位置角κ的多项式函数,推导了基于平均铣削力的铣削力系数辨识模型.然后,设计了多组刀具轴线与工件表面夹角不同的槽切铣削实验来实现铣削力系数辨识,以保证通过实验辨识得到的铣削力系数包含了球头铣刀不同姿态切削对铣削力的影响因素.最后,通过实验验证了该方法的正确性和可靠性.实验结果表明,该辨识方法相比于基于瞬时铣削力的辨识方法具有更好的抗干扰能力和更高的辨识精度,适用于球头铣刀多轴铣削加工的铣削力预测.     

复杂曲面加工过程多约束自适应进给率控制策略

建立了基于过程约束和刀具运动分析的切削力精确预测模型,在此基础上提出了复杂曲面加工过程多约束的进给率自适应定制方法.基于刀具与工件的相对运动分析,并依据刀刃微元在切削过程中真实运动轨迹的解析表达,建立了精确计算未变形切屑厚度的理论模型,由此给出针对复杂曲面加工的任意刀具运动轨迹拓扑形状的铣削力计算公式.以切削力模型为基础,结合悬臂梁模型、应力模型和扭矩计算公式,给出进给率定制过程中的关键制约因素.以材料去除率最大化为目标,通过求解有约束极值问题实现进给率优化.实例验证表明该模型能够进行复杂曲面加工进给率自适应定制,优化后的进给率有利于在保证加工精度和安全的前提下实现加工效率的最大化.     

基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型

铣削层厚度模型很大程度上影响着铣削加工瞬时铣削力计算精度,在每齿进给量较小情况下能较好地反映铣削层厚度的瞬时变化,但在每齿进给量较大情况下铣削层厚度计算精度不足。该文分析铣削刃随刀具旋转和工件进给的运动规律,建立铣削刀具次摆线轨迹模型,给出铣削起始角和终止角,提出一种基于次摆线轨迹的铣削层厚度模型。通过与现有圆弧模型和等效均匀厚度模型对比,结果表明:该模型在不同每齿进给量下均能保证较高准确性。     

薄壁整体结构件的高速铣削

概括分析了薄壁整体结构件切削加工的特点和难点．以高速铣削铝合金三连波导试件为例，通过采用适当的装夹方法，合理安排工序，优化铣削方式和走刀路线，合理选用刀具，优化切削用量，合理冷却润滑，在控制变形使加工质量符合要求的前提下，省略了中间热处理工序，加工时间低于普通铣削时间的三分之一．实践经验和试验数据表明，高速铣削薄壁整体结构件应采用高切削速度、大进给速度及小轴向切深，可供推广应用高速铣削之参考．     

CVD复合涂层刀具在天然大理石切削中的磨损特性

目的分析CVD复合涂层刀具在天然石材加工中的磨损特性,探讨涂层刀具在石材加工中参数选择的合理性.方法使用CVD复合涂层刀具对天然大理石进行了高速铣削试验,利用测力仪测量出不同加工参数下的切削力,分析不同参数对切削力的影响,利用扫描电子显微镜观察刀具磨损形貌,通过能谱分析刀具组成.结果CVD复合涂层刀具切削天然大理石过程中,切削力随切削深度和进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,切削深度对切削力的影响程度最大.刀具磨损量随主轴转速的增大而减小,与切削深度和进给速度之间为非线性关系,进给速度高于2 000 mm/min时出现整体磨损,磨损量不随进给速度的增大而变化.结论 CVD复合涂层刀具铣削天然大理石时的磨损机理是:涂层和刀具基体的机械损耗去除(剥落和崩刃)、高温下的氧化磨损和粘结磨损.由于工件和刀具表面存在摩擦产生热量,刀具涂层发生粘结磨损,在周期性冲击力作用下造成后刀面涂层和基体的机械损耗去除,裸露的刀具基体与空气中的氧发生氧化磨损,其中机械损耗去除磨损和粘结磨损伴随整个刀具磨损过程.     

球头铣刀倾角对硬铝合金工件表面形貌的影响

基于运动齐次坐标的变换矩阵和矢量运算法则,结合多轴铣削的特点,在充分考虑刀具倾角变化的基础上,建立球头铣刀铣削过程中刀齿的运动轨迹方程,给出了加工表面形貌的仿真思路,并对仿真方法进行了优化.仿真分析了侧倾角和前倾角对表面形貌的影响规律,结果表明:刀具倾斜有利于提高表面质量,但是侧倾和前倾对表面形貌的影响规律不同,正向侧倾加工效果最好,负向侧倾加工效果最差;而正向前倾和负向前倾的加工效果基本一致,并且介于正向侧倾和负向侧倾之间;当侧倾角为10°~20°时或前倾角为±10°时加工表面粗糙度最小.分析结果对多轴铣削加工时刀具倾角的选择和调整具有较好的指导意义.     

复杂螺旋曲面铣削加工的几何特性分析

针对现有加工方法受加工曲面复杂性影响的局限性 ,通过引进刀具的侧倾角参数 ,讨论了一般位置下的成型盘铣刀加工螺旋曲面的铣削加工法 ,分析了刀具与工件作共轭运动时的接触点轨迹的几何特性 ,并给出了一般位置下的成型盘铣刀加工的计算公式和成型刀加工中产生干涉的一个判别方法。从而扩大了成型盘铣刀加工螺旋曲面的种类 ,避免刀具与工件的干涉现象 ,克服了现有成型刀加工方法的局限性 ;同时为五坐标数控加工螺旋曲面提供了合理的接触点轨迹 ,提高螺旋曲面加工的精度。并通过实例说明了这一方法的合理性和有效性。     

PMAC在球头立铣刀前刀面刃磨加工中的应用

首先提出了球头立铣刀前刀面的加工数学模型,根据PMAC可实现多轴控制特点,设计了一台四轴联动的球头立铣刀专用刃磨设备,实验验证了球头立铣刀前刀面数学模型的正确性及刃磨设备的可行性。     

圆柱直齿轮铣削加工无干涉刀具路径规划

针对圆柱直齿轮的多轴铣削精加工, 提出一种无干涉刀具路径规划方法. 首先,建立齿轮包络铣削运动模型,准确描述铣刀和工件之间的运动关系;其次,在齿轮齿廓精确模型描述的基础上,通过残留高度曲线与刀具圆弧的求交,计算出残留高度点;根据残留高度点到刀具圆弧中心之间的距离等于刀具半径,计算出刀具路径曲线上的下一刀位点;依次递推计算出等残留高度进给下的所有刀位点;再次,以等残留高度刀位点计算结果为基础,残留高度约束下,计算出等弧长进给和等径向进给的刀位点;然后,通过距离法判断刀具与工件是否存在全局干涉,给出刀具不同刀位点对应的刀偏角,局部干涉通过调整刀具半径来避免;最后,通过仿真计算实例验证所提出方法的可行性和有效性.     

用切削力矢量轨迹实时识别颤振状态

针对立铣加工过程中影响加工精度、效率和刀具寿命的切削颤振现象提出切削力矢量轨迹分散值评价法，并与传统的快速富里叶变换法（ＦＦＴ）进行比较．用ＦＦＴ分析时，需要预先采集大量数据，难于对机床加工过程实时控制；用切削力矢量轨迹分散值的计算方法，仅对机床主轴一个回转周期中的切削力信号进行采集，通过时域分析，快速评价机床的切削状态，可作为自动化加工过程实时监控的手段．     

复杂螺旋面包络铣刀位轨迹仿真方法

针对复杂螺旋曲面加工误差问题,开展了对其空间包络铣刀位轨迹算法的研究。研究中采用计算机仿真的数 值计算方法,将加工过程中刀具工件的动态啮合关系通过时间离散和空间离散转换成一个空间几何问题,通过建立 刀具回转面与工件螺旋面的空间三维模型,并推导实现刀具工件啮合关系的坐标转换矩阵,并将刀具与工件两曲面 的最小有向距离的求解转变为一个二维问题,最终建立了刀位轨迹仿真算法,获得了编制数控代码的参数信息。试样 加工结果表明,利用该方法得到刀位轨迹参数进而编制的数控加工程序,能够加工出满足精度要求的螺旋面。同时也 分析了加工廓形误差分布及其影响因素。     

加工中心空间综合误差建模技术

在建立加工中心空间误差几何模型基础上，着重解决加工中心在实际加工时受外载荷作用下的误差建模和分析计算，使误差模型适合于实际加工状态。     

DEXEL模型同刀具扫描体的求交计算及应用

数控加工仿真技术是检验数控代码正确性的一种十分有效和可行的方法。毛坯材料的动态去除是加工仿真的关键,因此仿真工件(即毛坯)和刀具扫描体的建模,仿真工件模型和刀具扫描体之间的求交计算是核心问题。文中通过使用基于DEXEL模型的方法来构造毛坯,能够支持观察视角的变化,不依赖于以往扫描体生成的包络法,简化了刀具扫描体的计算,避免了复杂方程的求解。通过计算有效包围盒,减少了DEXEL射线同刀具包络体的求交计算次数。在VC++6.0和OpenGL环境下编程,验证了此方法,并给出了一个仿真实例。     

平头铣刀与带角圆铣刀的选择

根据平头铣刀和带圆角铣刀在ＮＣ加工中的状态，分析各自的优势，建立了相应的几何模型，并用计算机模拟作出了定性分析，得到了一系列有价值的结果，为ＮＣ加工复杂曲面提供媚具选择的依据。     

球头铣削切削力预测模型的解析计算

针对用于加工复杂曲面的球头铣刀,首先建立刀具刃口曲线的空问模型,然后从理论出发分析离散单元的铣削力的变化,最终建立了一个适用于球头铣刀铣削的三维铣削力模型。该模型包括球头铣刀的几何特征和铣削力的计算。利用该模型,可对在不同切削参数下的铣削过程的切削力进行预测。     

滚齿切削厚度仿真计算

为了解决滚切力模型在应用中瞬时几何边界参数的提取问题,提出一种基于三维实体造型技术的滚齿切削厚度仿真计算方法.该方法考虑未变形切屑是滚刀扫掠几何实体与工件几何实体的交集,包含几何边界条件信息.首先通过布尔减运算得到未变形切屑,然后通过瞬时刀齿前刀面与切屑几何实体进行求交运算,得到包含切削范围信息的由样条曲线所构造成的CWE(cutter/workpiece engagement),进而在其上进行切削厚度的提取.该方法的实现为动态滚切力的精确预测奠定了基础.