工件超声振动辅助微通道铣削成形试验研究

为了改善不锈钢材料的微通道高速铣削成形特性,利用自行研制的具有双直槽结构的矩形六面体超声变幅器实现工件的水平超声振动,对304奥氏体不锈钢板载微通道结构进行工件超声振动辅助微铣削成形加工试验,研究了不同工艺参数对微通道成形表面质量的影响。试验结果表明:在超声辅助微铣削加工过程中,当工件的水平超声振幅为4μm时可有效改善切削加工表面的粗糙度,偏大或偏小的超声振幅都会导致微通道表面质量变差;当每齿进给量接近刀具最小切削厚度时,微铣刀钝圆半径引起的尺寸效应最为显著,表面切削加工质量较差,而略大于刀具最小切削厚度的微铣削每齿进给量以及较小的轴向切深,都有利于改善不锈钢微通道表面的铣削成形质量。     

不同晶粒度45#钢超声辅助微铣削实验研究

超声辅助微铣削是在微铣削的加工过程中,对刀具或者工件施加一定频率和振幅的超声振动,改变材料去除机理,改善微铣削的加工特性.文中以45#钢为例研究晶粒度的大小对超声振动辅助微铣削结果的影响,对不同大小晶粒下45#钢进行了超声微铣削实验,分析材料晶粒度的大小对超声辅助微铣削实验结果的影响.通过改变微铣削工艺参数和超声振幅并进行正交实验,重点分析晶粒度的大小对铣削力,加工表面粗糙度和加工工件精度的影响.验证了在相同的工艺参数下微铣削过程中晶粒度较大的材料对应较小铣削力的结论,同时晶粒度较大的材料可以获得更好加工表面质量.      

7075-T6铝合金单向超声振动车削表面质量及形貌特征

对7075-T6铝合金试件采用普通切削(CT)和振动切削(UVC)加工方法进行了加工实验,分析了2种切削加工方法在不同参数下对铝合金试件加工表面粗糙度的影响.试验研究结果表明:在相同的进给量和切削深度情况下,随着车削速度的变化,普通切削获得的加工表面粗糙度先减小后增大再减小,但随着转速的增大进入高速切削后,工件表面粗糙度值逐渐趋于稳定;随着进给量的增加超声振动硬车削与普通硬切削加工表面粗糙度都呈上升趋势,超声振动切削表面粗糙度较小;在切削速度、进给量相同的条件下,普通硬质切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加而增加,而超声振动切削7075铝合金加工表面粗糙度随着切削深度的增加先减小后增加.通过对获得实验数据的分析以及对车削加工获得的加工表面显微形貌的观测,证实了超声振动加工在难加工材料加工中的优势.     

三维超声振动辅助铣磨氧化锆陶瓷的试验研究

分析了三维超声振动辅助铣磨（Ultrasonic Vibration Assisted Grinding, UAG）中单颗磨粒的运动学,采用自主搭建的三维超声振动辅助铣磨加工系统,对氧化锆陶瓷进行超声振动辅助铣磨加工试验.在不同超声辅助条件下,对比铣磨氧化锆陶瓷的法向铣磨力、表面粗糙度和工件表面形貌,研究不同加工参数对三维UAG加工过程的影响规律以及三维超声对铣磨过程的影响.研究结果表明,铣磨氧化锆陶瓷时,法向铣磨力随超声辅助加工维度的增加而减小,三维UAG加工可有效降低其铣磨负荷,且加工参数对法向铣磨力降低幅度的影响最小;法向铣磨力降低幅度随进给速度与切削深度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大.氧化锆陶瓷工件的表面粗糙度随超声辅助加工维度的增加而降低,表面形貌逐渐呈现更多的塑性划痕,加工参数对三维UAG加工表面粗糙度的影响最小.由此可见,三维UAG加工中,单颗磨粒切削轨迹长度的增大有利于其切削厚度减小,从而降低铣磨力并改善加工表面质量.     

提升304不锈钢加工表面的单激励三维振动切削装置设计

为了解决传统成型加工过程中304不锈钢材料表面质量差、易产生毛刺等问题，设计了一种新型三维超声振动切削装置并进行了实验研究.首先通过对装置结构几何变形关系的分析，建立了刀尖的理论运动轨迹模型，通过Matlab对轨迹模型进行拟合并利用ANSYS对实际输出轨迹进行仿真分析，得到刀尖运动轨迹为空间中的三维抛物线.其次对装置进行有无超声振动切削实验，通过超景深系统和三维轮廓仪对已加工工件表面进行了测量和观察，发现超声振动切削下已加工表面粗糙度的算术平均高度明显小于普通车削的情况.结果表明：相较于普通车削，超声振动切削对于304不锈钢材料具有良好的加工性能.     

介观尺度微型铣床动力学性能试验

在分析微细铣削成形条件和加工要求的基础上.开发了一套微型铣床系统.研究了机床主轴激励、频响函数及其振动性能,并通过增加阻尼和改变支撑部件刚度等方法探讨了提高系统动力学性能的方法,大大减小了机床系统的振动.通过对具有复杂介观尺度特征的零件加工,表明了采用微型机床开展介观尺度铣削的加工精度和加工能力.     

镜像铣加工过程中薄壁工件变形和振动的预测

镜像铣是大型薄壁工件加工的有效方法,在航空航天等重要领域有着广泛的应用.镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是影响加工精度的主要因素,如何准确预测镜像铣加工过程中薄壁工件的变形和振动是优化加工参数、提高加工精度的关键问题.本文基于金属切削原理并考虑了薄壁工件加工过程中的弯曲变形和铣削力相互作用,建立了铣削力预估模型.在此基础上,结合薄板小变形理论和有限元法,建立了考虑加工过程中材料去除和铣削力与支撑同步运动的薄壁工件镜像铣动态力学模型.通过仿真模拟,研究了支撑刚度、支撑阻尼、主轴转速和进给率对薄壁工件变形和振动的影响规律.结果表明,在镜像铣加工过程中薄壁工件的变形随着支承刚度的增加而减小,振动幅值随着支撑阻尼的增加而减小.最后,对6061铝合金薄板的镜像铣加工实验与本文建立模型的时域和频域信号进行了比较.振动数据采集点处的模型预测结果与实验相差小于5%,二者对比结果表明所建立的模型能够对薄壁工件加工过程中的变形和振动进行准确的预测.镜像铣加工相比于直接铣削加工,薄板加工点处的振动幅值从71.61μm减小到5.71μm,对比结果表明柔性支撑结构能够有效地减小加工过程中薄壁工件的振动.本文...     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系.由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象.文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量.试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视.     

直面微型薄壁微细铣削变形与在线补偿研究

薄壁特征在切削加工中的弹性变形一直是制约其加工质量的关键因素,针对这一问题开展弹性变形预估与补偿研究.首先,基于有限元对不同厚度的直面微型薄壁特征进行分层铣削建模,研究薄壁沿高度方向和沿长度方向的变形规律,建立考虑材料去除对薄壁刚度影响的悬臂梁法薄壁变形模型.其次,研制了单自由度切削力测量与实时切削参数补偿装置,基于薄壁切削过程中实时测量的切削力与变形模型,预估薄壁变形量,作为补偿值对径向切削参数进行实时补偿.最后,进行直面微型薄壁特征的微细铣削对比试验.结果表明：经过径向切削参数补偿后,薄壁的平均相对误差从6.86%减少到2.19%,验证了所建立模型的可靠性与所研发补偿装置的有效性.     

微织构刀具三维超声振动车削304不锈钢研究

为了提高304不锈钢加工效果,减小切削力,延长刀具寿命,提出一种微织构刀具与三维超声振动复合的车削工艺.分别利用减摩特性与断续切削特性,根据正交切削模型,从变切深与微织构刀具接触面积减小的角度建立普通刀具与微织构刀具三维超声振动车削的切削力模型.通过车削304不锈钢的单因素实验研究各切削参数对主切削力的影响规律并对比刀具磨损,通过正交实验研究最佳切削参数组合.结果表明:相对于普通刀具,微织构刀具的主切削力降低30%~40%;磨损程度平均降低11.50%;对于减小切削合力,最佳的切削参数组合为:切削深度为0.1mm,进给量为0.08mm/r,主轴转速为250r/min.     

铣削毛刺形成研究

研究了在铣削加工过程中切削毛刺的产生,对前毛刺的形成机理做了实验研究,得到了毛刺产生的主要影响因素,进而得出在铣削加工中控制和减少前毛刺的若干途径。     

薄壁零件铣削加工系统动态特性测试与分析

为预测薄壁件的铣削加工稳定性,采用有限元模态分析方法和试验模态分析方法,分别分析刀具子系统和工件子系统的动态特性.根据薄壁零件的振型模态,划分表示工件在加工过程中动态特性变化的不同加工阶段、选取能够在刀具切削位置激起振动位移的高阶动态频响模型作为预测切削稳定性的有效振型.对于薄壁零件的铣削加工,建立由刀具子系统和工件子系统相互作用的、考虑加工阶段并取决于有效振型的加工系统结构传递函数.稳定性预测结果与试验结果基本相符,证明系统传递函数的测定精度较高.     

铣削和磨削淬硬钢SKD11的表面完整性比较

对磨削、铣削加工得到的淬硬钢SKD11表面完整性进行了研究.通过对比干磨削和干铣削加工工件表面层的金相组织.发现干铣削时,铣刀后刀面磨损引起的铣削温度升高对工件表面完整性有很大的影响.随着加工温度升高,工件表面逐渐产生回火马氏体,这是造成工件表面硬度下降的主要原因.进一步的试验表明,如果选用合适的刀具和加工参数,可以得到较好的表面完整性;如果采用较小铣刀的磨钝标准可以避免出现回火马氏体.对淬硬钢进行精加工时,以铣代磨是完全可行的.     

基于振动信号时域分析法的铣齿机故障诊断

高速干切数控螺旋锥齿轮铣齿机在铣齿加工过程中存在振动现象明显、稳定性差、加工精度低,所加工的工件齿面有振纹等技术问题。为了解决这些问题,通过对铣齿机的结构和切削受力进行分析,建立了铣齿机刀具主轴系统的振动模型。依据振动模型设计了基于铣齿机的振动测试实验方案;并完成了振动信号的采集。在信号处理中,为了从实验数据中解析出故障特征信息,采用了时域分析法中的波形诊断方法和数值分析诊断方法。根据振动信号的时域分析结果,得出了机床产生振动的根源,即机床主轴存在轻微的不平衡、主轴前轴承存在损伤和刚度不足的问题。研究结果为机床结构的优化设计提供了参考依据。     

铲齿成形铣刀的设计

介绍了一种铲齿成形铣刀的整体设计方案,包括铲齿成形铣刀的结构、工作原理和几何角度参数等,为公司相似零件批量生产所需的铲齿成形铣刀设计提供参考。     

超声振动辅助车削高温合金和铝镁合金研究

针对GH4169镍基高温合金和5A06铝镁合金切削加工困难,以及已加工表面质量和加工精度要求高等难题,从切削原理及加工工艺入手,采用超声振动方法设计超声振动车削加工系统.利用该加工系统对GH4169和5A06两种合金材料做超声振动车削与普通车削的对比试验.结果表明:超声振动辅助车削高温合金和铝镁合金中工艺参数对已加工工件的表面粗糙度、表面形貌和切屑形态影响明显,合理选择各工艺参数能够有效地改善加工质量,使得超声振动车削的加工效果明显好于普通车削.     

铝合金槽铣中毛刺形成机理与控制方法

研究了槽铣过程进给方向毛刺的形成机理以及主动控制毛刺大小的方法.通过改变垂直铣削中的出刀角度和斜铣中的斜切角度来改变工件的刚性、测量出刀位置和侧面出刀位置的最大毛刺高度与厚度.结果表明,毛刺大小随着加工速度的增加而减小;摩擦角随着出刀角度以及斜切角度的增大而增大,从而导致毛刺尺寸增大.基于实验研究结果,提出了4种有效的主动控制毛刺大小的方法.研究表明,该控制方法对于铝合金及其他轻金属的精密槽铣加工有指导意义.     

基于切削参数和刀具状态的铣削功率模型

以经典铣削力模型为基础，同时考虑刀具磨损的影响，建立了基于切削参数（主轴转速、进给量、背吃刀具（即切削深度）、工件材料及刀具材料）的铣削功率模型。试验证明，该铣削功率模型能正确反映铣削功率信号与刀具状态及各种切削参数之间的关系。